2015年第9期（总第120期）
经源与节社 ENERGY AND ENERGY CONSERVATION
应用水击效应预测并筒气侵的可行性数值分析
谷树天
（中国石油大学，北京100000)
2015年9月
摘要：由于水击波速与流体介质有一定关系，将并简气侵与水击效应联系起来，作出利用水击效应预测并简气侵情况方法的猜想，设计了一种产生可被设备检测到的水击特征波形来监测并筒流体工况的装置，并以相关理论简要分析其可行性。
关键词：并简气侵；水击效应：节流阔
中图分类号：TD262
文献标识码：A
文章编号：2095-0802-(2015)09017602
TheFeasibilityNumericalAnalysis of MineshaftGas InvasionPredictionbyApplyingWater
Hammer Effect GUShutian
(China University of Petroleum, Beijing 100000, China)
Abstract: Because water hammer wave velocity has relation to fluid medium, we combined wellbore gas cut with water hammer effect, and used water hammer effect predict method to predict wellbore gas cut conditions, and designed a kind of device that can produce water hammer wave (that can be detected by the device) to monitor the condition of wellbore fluid and made brief analysis of its feasibility based on related theory.
Key words: wellbore gas cut; water hammer effect; throttle valve
0引言
由关井等引起管路中流速突变时，都会引起管内压力突然变化，造成水击。由此产生的压力波会沿流体高速传播作往复周期性震荡。而水击压力大小和其传播速度均与流体介质的相态有一定关系。如果合理控制水击效应，可以设想利用上述物理参数的变化来判断井简的气侵情况。
问题分析
研究水击效应检测气侵的可行性之前，需预先设想出一种可以产生水击现象的节流阀，连接于泥浆井口返排流经的套管头旁通阀。之后可以此管路结构为
基础构建物理模型，并以此进行具体研究。 2计算水击波速
钻井过程中常规的钻井并液通常含有岩屑及加重材
收稿日期：2015-07-07
作者简介：谷树天，1990年生，男，黑龙江大庆人，2013年毕
业于中国石油大学石油工程专业，在读硕士。·176·
料等固相成分，形成固液两相流；气侵发生时，需把并筒上返钻井液考虑成固、液、气三相。
假定固相、液相、气相、套管的弹性模量分别为 E、E、E、E，气侵时钻杆外环空的固相、气相的体积含量分别为C、Cr。则水击波速a的计算式如下式：
E
p.
(1-C-C)+C+C+
ES
其中，
Pm=p,C,+p,C,+(1C,C,)p1
(1)(2)
式(1)~式(2)中，E,、EI、E、E分别为固相、液相、气相、套管的弹性模量，Pa；C、C,分别为气侵时钻杆外环空的固相、气相的体积含量；P.为管内泥浆混合密度，kg/m；P、Pr、p分别为管内液相、气相、固相的平均密度，kg/m；a为水击波速，m/s。
采用控制变量法，只改变气体含量分析水击波速的变化。算例如下：N80套管，外径177.8mm、壁厚 13.72mm，钢的弹性模量2.1×10″Pa，钻井液弹性模量取2.1×10°Pa。按上式计算不同含气量时水击波速的大小如图1。
固体颗粒的物理特性对波速影响的计算式如下：