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天然气与石油
2017年2月
NATURAL GAS AND OIL
深井钻井作业中循环压耗计算
方法探讨及改进
藏辉欧阳传湘
目廖旋魏宜张晓贝
长江大学石油工程学院，湖北武汉430100
摘要：钻并过程中准确确定循环压耗对降低井下复杂事故发生、提高安全钻进效率十分重要。由于深并钻并作业中，利用传统计算方法确定循环压耗会产生较大误差，故有必要进行改进。通过利用幕律流体模拟钻井液，推导出圆管和环空中幕律流体的雷诺数公式，得出环空中层流时的循环压耗计算模型。经实践验证，该模型在确定深井循环压耗时计算简便、准确率高、误差低，为深井钻井作业中准确计算循环压耗提供了一种新方法。
关键词：深并钻井作业；循环压耗；暴律流体；雷诺数；压耗计算模型 DOI:10. 3969 /j. issn. 1006 5539. 2017. 01. 013
0前言
合理准确计算循环压耗有助于油气井的安全高效钻进，减少事故发生。目前深井钻井作业日益增多，而传统的循环压耗计算方法主要针对浅井和中深井，钻井液流变性和密度对其影响小，其精度能满足工程需要。但对于高温、高压环境下的超深井钻井而言，由于传统循环压耗计算方法是以槽流理论为基础，采用的流变模式多为宾汉模式和幂律模式，在低速梯下所考虑的钻井液密度和流变性不再是常数，而是随温度和压力的变化而变化，从而引起计算结果误差较大，可能导致井喷、井漏、井塌等井下复杂情况的发生(2-3)。因此，要得到准确的水力参数，提高水力能量利用效率，就有必要将传统的循环压耗计算方法进行改进，为今后的深井钻并作业提供科学的依据与指导。
传统计算方法局限性探讨
在循环系统压耗的传统计算中，进行了以下六点假设：
1)钻井液为宾汉流体；
2)钻井液在循环系统各部分的流动均为等温紊流
流动；
3)钻柱处于与井眼同心的位置； 4)不考虑钻柱旋转；
5)井眼为已知直径的圆形井眼； 6)钻并液是不可压缩流体[4]。
在现场实际钻井过程中，饱和盐水钻井液、聚合物钻井液等都是符合幕律形态的幕律流体，另外在深井中计算循环压耗幂律模式相比于宾汉模式和卡森模式更贴合实际，特别是在环形空间中低剪切速率变状态下，幂律模式比宾汉模式更能接近实际钻井液的流动特性[5]。
钻井液在管内流动总是紊流状态，但在井筒环空中流态并不能确定，需要根据雷诺数来判断[6]。在中深井、深井以及超深井中环空面积大且环空段长，当环空中实际情况是层流时却按照紊流计算就会出现比较大的误差(7]。根据流体连续方程、纳维一斯托克斯方程可以得到流体在准紊流流态下剪切力公式[*]：
-puu, = to(1-） dy
(1)
根据上式可知流体在做紊流时其剪应力是小于层
收稿日期：2016-08-11
作者简介：戴辉（1991－），男，潮北红安人，硕士研究生，主要从事储层保护与改造的研究。万方数据