超临界二氧化碳钻井岩屑速度分布数值模拟研究

超临界二氧化碳钻井技术能有效发现和保护油气藏,提高机械钻速,降低成本,对开发非常规油气资源有着巨大的优势.基于计算流体力学理论,考虑超临界二氧化碳物理特性,分析了超临界二氧化碳钻井液温度、压力、流速和钻杆偏心度、屈曲条件对岩屑速度分布的影响规律.结果表明:温度、压力影响超临界二氧化碳物性进而影响超临界二氧化碳携岩速度,岩屑速度随着温度的升高而降低,随着压力的升高而升高.受偏心环空和重力的综合影响,岩屑在环空流动过程中产生了指进现象,宽间隙岩屑速度明显高于窄间隙岩屑速度;偏心度越大,宽窄间隙内岩屑速度分布差异越明显.在钻杆发生屈曲的窄间隙处岩屑体积分数急剧升高.通过地面设备,精确控制井底温度和压力、调节泵排量,采用钻杆扶正器,建议将偏心度控制在0.6以内,提高超临界二氧化碳钻井岩屑运移效率,为超临界二氧化碳钻井设计提供理论指导.

超临界二氧化碳控压钻井控压方法

以井底恒压为控压目标建立了基于井筒传热过程的计算模型,实现了对流场温度、压力、流动阻力和CO2物性参数的耦合计算。基于特定井口回压条件下的环空压力剖面计算结果,给出了超临界CO2控压钻井控压方法。研究了流量、井深和注入温度等因素对井口回压和环空压力剖面的影响规律。结果表明:环空压力剖面与井深近似呈线性相关,利于压力剖面的调控。为实现控压目标,井口所需补偿的回压随流量的增大而减小,随井深的增大而增大。CO2注入温度对井口回压、环空压力剖面和流动阻力的影响很小,工程实践中可忽略不计。一定温度条件下存在一个对应的临界压力使CO2的密度发生激变,建议地面储罐中CO2储存压力要高于该临界压力。

超临界CO_2钻井井筒水合物形成区域预测

为了保证超临界CO_2钻井安全并快速钻进,需要解决井筒内水合物生成的问题。为此,在分析水合物形成机理的基础上,建立了超临界CO_2钻井井筒水合物形成区域预测模型,并给出了模型的定解条件和数值求解方法。通过设计算例进行了计算分析,结果表明:环空内水合物形成区域的临界井深,随注入温度或水合物抑制剂加量增大呈二次多项式非线性下降;随井口回压增大先呈对数函数增大、后呈二次多项式关系增大,增大的幅度逐渐变小。分析结果可为超临界CO_2钻井防治水合物形成提供理论参考。