深水钻井气侵井控技术研究现状分析

安海洋

摘 要：深海油气资源是十三五期间我国重点勘探开发、油气资源接替的重要领域。深水钻井气侵监测难度大、井控风险高，一直以来都是该领域的研究热点。本文通过详细调研国内外海洋、深水钻井气侵井控技术的研究现状，梳理了该项技术的关键技术和难点，结合我国深水钻井实际，给出了深水钻井气侵井控技术未来发展的建议。

关键词：深水钻井气侵井控技术;现状;技术难点

中图分类号：TE245 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0182-01

0 引言

自21世纪初，全球重点关注和勘探开发领域逐步转向深水油气资源，中国南海70%油气资源蕴藏于深水海域。由于油气资源勘探开发的上游就是钻井工程，在整个油气开发流程中占据很重要的地位。深水钻井有很多难点：深的海水、长的隔水管、低温的海底、安全钻井液密度窗口窄等，给深水钻井带来了不少难题和潜在风险。影响深水钻井安全的众多因素，都有可能对生产和人员安全造成影响。气侵会对钻井施工、人员环境形成威胁。一旦水深增加，气侵溢流问题就更难发现了，因此，在深水钻井安全领域，要重点关注气侵早期检测以及井控这两个问题。

1 研究现状

气侵是钻井过程中地层气体侵入井筒的环空并向上运移和膨胀，在气侵发展的情况下，井筒环空的气体会快速积聚，这样会造成流型发生变化，这时如果没有及时采取科学的措施，井喷就可能会出現。在20世纪的50-60年代，有多位国外学者对气侵后井筒环空的多相流进行了建模等方式的研究和分析。

Duns H Jr.和Ros N C J.等人在1963年，做了多个实验的基础上，提出了五种流型的两相流型的分布图。这各种流型按照速度划分，可以分成沫状流、段塞流、弹状流、泡状流和雾状流。

Orkiszewski J.在1967年专门撰文对垂直管气液的两相流压力进行预测和分析，而且针对流型不同还发明了不同的压力下的梯度计算的方法。

Lewis R.L.和LeBlanc J.L.等人专门写文章对气侵的数学模型问题进行讨论，在这篇文章中，两相流体被作为均相流，摩阻和气体滑落这两个问题不考虑。

Bomea D、Dukler A E和Taitel Y等在1980年专门研究了再垂直管气液两相流情况下的流型转换，着重对流型转变条件、机理进行研究，并且进行建模分析。

Kabir C S和Hasan A R等在1988年专门对垂直井中的多相流的行为进行研究，在气液两相流变的原理基础上，对计算模型进行迭代，提出了压降的理论。

Sylvester N D和Ansari A M等一些专家学者在1994年专门撰文，提出了一个新的综合机理模型，可以对环状流、段塞流以及泡状流的压降进行计算。

Juvkam-wold H.C.和Jonggeun Choe于1997年，研究出了一种新型的经过改进的两相流井控模型和计算机的应用。这种模型可以保证精度，还可以做适度简化，另外，在一定程度上还解决了一个大难题：模型计算结果比较不好收敛。

Gabor T于2001年在著名学术期刊上发文，注重研究了油井垂直多相流最优模型选择应该注意的事项，这篇文章还分析了压降预测误差引起的原因。

2002年，Nunes J O L、Bannwart A C、Ribeiro P R等人[9]在SPE会议上发表文章探讨了深水钻井气侵力学的模型，这一模型对前人模型的基础进行了总结和归纳，并进行改进，采用了不断升级的方法对对环空和节流管线的两相流动产生的规律进行计算，并归纳算出其压力梯度。

国内方面，在这一领域的研究也有很多新的成果：陈光、范军在2000年发表研究成果，体现了欠平衡钻井理论的模型和应用，并在此得出了更为完整的动态井控的理论模型，在这一模型中还加入了固项、油相相关的运动方程。

周英操在2005年撰文表述了再签平衡钻井中，环空多相流的井底压力相关的计算模型，这一模型对岩屑以及多相加速度压降进行综合考虑，实际证明，这一模型的形成的数据，精度非常高。

王志远在2008年利用深水司钻法压井并因此做了计算研究，通过研究得到了在油气相变深水司的钻法压井的多相流控制的方程，并对这一方程进行求解和计算。

孙宝江和王志远等于2011年专门撰文对深水井控的多组多相流动模型进行分析，这一模型对多相介质、地质属性以及天然气水合物的相变等对多相流的影响都有考虑，在深水条件下溢流、压井以及井喷时候井控环空的多相流动的趋势和规律进行分析。

孙连伟和管志川于2013年对井深结构的变化、尾管回接对井控的影响进行研究，深井的井筒气液两相模型和压井模型被建立，由此基础上还研究了井深结构的变化对井控产生的影响。

李相方、马庆涛和任美鹏在2013年还得到了一个新方法，在下钻过程中发生井喷后井液的密度进行设计。这个方法是在气液两相流的理论基础上形成的，Y型管的模型也在不接触井底的条件下被建立，在这一模型影响下，井筒压力的分布规律、压井液密度设计方法也做了分析。

徐朝阳、孟英峰在2015年，对气侵过程中井筒压力演变规律的实验和模型进行研究，这一研究主要采用模拟的方式，利用大尺寸实验装置对井筒气侵过程进行试验，结合漂移流模型和非稳态理论建立了井筒多相流的瞬态模型，得到更详细更准确的解决办法。

2017年，许玉强、管志川等分析了在隔水管处提前监测气侵进行井控的可行性和优势，提出了基于隔水管气侵监测的深水钻井气侵井控风险评价方法。

2 现状分析

综上所述，国内外针对深水气侵后井筒的多相流型以及井控的模型等进行研究分析，模型的最初是经验性和半经验性的模型，经过发展和延伸后形成在考虑众多因素甚至于在相变的情况下的理论模型，在传热理论、相变理论参与后，让模型在深井以及深水的钻井的气侵井控的计算更适用。很多的研究建立起的模型是在不同的工况和精度需求的基础上形成的，在这种情况下，可以根据需要的实际情况选取模型或者在此基础上进行改进就可以了。另外，深水钻井在气侵之后多相流动模型已经越来越成熟，但没有对深水钻井的气侵风向进行深度分析和完善，更多还集中在井筒的多相流型建立以及规律的分析研究上，在这时，深水气侵的早期监测方法还有井控设计参数等，并没有在深水井筒多相流型的优势以及发展趋势、深水钻井施工的确定性有限等方面做充分利用，这就需要我们对这些问题进行更多、更深入的分析研究。

3 结语

（1）对近一些年来，国内外的深水钻井的气侵井控的现状进行研究分析;（2）为深水钻井气侵井控技术今后的发展提出了建议：在井筒的多相流动的模型不断发展的基础上，对深水的钻井施工不确定性进行研究分析，进一步完善深水气侵的早期监测方法和井控参数设计方法。

参考文献

[1] 范军，陈光，等.欠平衡钻井理论模型及应用[J].石油学报，2000，21（4）：75-78.

[2] 周英操，高德利，刘永贵.欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型[J].石油学报，2005，26（2）：96-99.

[3] 王志远，孙宝江，高永海，等.深水司钻法压井模拟计算[J].石油学报，2008，29（5）：786-790.

[4] 孙宝江，王志远，公培斌，等.深水井控的七组分多相流动模型[J].石油学报，2011，32（6）：1042-1049.

[5] 孙连伟，管志川，梁海明，等.井身结构变化及尾管回接对井控的影响分析[J].石油钻探技术，2013，41（6）：34-39.

[6] 任美鹏，李相方，马庆涛，等.起下钻过程中井喷压井液密度设计新方法[J].石油钻探技术，2013，41（1）：25-30.

[7] 徐朝阳，孟英峰，魏纳，等.气侵过程井筒压力演变规律实验和模型[J].石油学报，2015，36（1）：120-126.

[8] Xu Y， Guan Z， Jin Y， et al. Study of the ultrasonic propagation law in the gas–liquid two-phase flow of deepwater riser through numerical simulation[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering，2017，159.