微流量控压钻井中节流阀动作对环空压力的影响

为解决窄安全密度窗口的复杂压力剖面问题,基于质量守恒方程及动量守恒方程,建立了节流阀动作引发的环空波动压力模型,并应用中心差分法对模型进行了求解。研究表明,随钻井液排量增大、节流阀动作时间减小,环空所受波动压力呈增大趋势;阀芯所受波动压力大于环空段;钻井液排量从36L/s增至56L/s时,阀芯所受波动压力峰值从1.26MPa增至1.56MPa,钻铤段波动压力峰值为0.22MPa;节流阀动作时,套管鞋处引发故障的概率比井底高至35%。研究结果表明,两步、多步线性关阀较一步关阀,不但关阀手段灵活,更可有效减小环空波动压力峰值。

钻井中节流阀动作引发的气液两相压力响应时间研究

考虑角频率、气侵量及相间阻力等因素,基于双流体模型,建立了钻井中节流阀动作引发的压力响应时间模型,通过小扰动理论及龙格库塔方法编程对其求解。结果表明,随气侵量减小/套压增大,减小了气液压缩性,使环空中各点的压力波速增大,从而环空各点压力响应时间减小;气体沿环空从井底向井口运移中,空隙率持续增大,压力响应时间呈逐渐增大趋势;在井口环空段,由于空隙率急剧增大,使压力响应时间急剧增大;在控压钻井多相流计算及自适应节流阀控制中,考虑节流阀动作产生的压力响应时间,可使控制精度大幅提高。

微流量控制钻井环空波动压力反问题研究

根据质量守恒及动量守恒方程,建立了微流量控制钻井过程中的节流阀调节的限压/限时动作模型,通过计算机编程对其求解,提出了有模型的节流阀控制环空波动压力方法。计算结果表明:环空中最大波动压力可通过限压/限时调节控制;节流阀控制环空最大波动压力均遵循省时不省压、省压不省时的规律,随限时减小环空波动压力高峰值增加,随限压减小节流阀调节时间增大,随井底溢流量增大,节流阀驻阀开度减小;节流阀关阀时间延长3.2s,节流阀开度低谷值增大2.5度,环空所受波动压力高峰值减小0.3MPa;限压/限时调节控制核心是采用触探式反复调节的方式控制节流阀开度。