环空井底压力和岩屑浓度影响因素分析技术研究

张昕冉

摘 要：井底压力和井底岩屑浓度对鉆井具有非常重要的意义，它们不仅是钻井安全的重要控制指标，同时也是进行钻井水力参数优化的重要依据。根据泡沫欠平衡钻井水力参数优化要求：优选合适的注气、注液流量和井口回压等施工参数，在满足钻井携岩要求的前提下使井底压力最小。对于利用泡沫钻井液进行地热钻井得情况，由于温度、流变性等因素的影响，其携岩返排过程要比常规钻井复杂的多，因此有必要对泡沫地热井中环空底部压力和岩屑浓度进行研究。

关键词：井底压力;岩屑浓度;泡沫欠平衡钻井

1 前言

泡沫是由大量气泡聚集而成的集合体，这种特殊结构使其具有许多不同于常规流体的特点，如低摩阻、低密度、低滤失、强返排和强携岩能力以及低储层伤害等，并被广泛应用于欠平衡钻井以及易漏、水敏地层的作业中。泡沫性质是研究泡沫在井筒中流动特征的基础，同时也是设计和优化现场水力参数的重要依据。目前，国内外对于水基泡沫流变性的研究主要在油气领域，但由于地热钻井环境不同于常规油气钻井，且目前高温对泡沫的流变性、携岩能力的影响尚无成熟的认识，因此对高温地热钻井中泡沫流变性的研究显得至关重要。泡沫钻井属于欠平衡钻井，根据泡沫欠平衡钻井水力参数优化要求，优选合适的注气、注液流量和井口回压等施工参数，在满足钻井携岩要求的前提下使井底压力最小。

2 注气流量与环空底部压力和岩屑浓度之间的关系

下图1给出了注气流量与环空底部压力和岩屑浓度之间的关系。由图1可知，注气流量对环空底部压力和岩屑浓度具有很大的影响。随着注气流量的增加，井底岩屑浓度逐渐减小，且减小的幅度越来越小，而环空井底压力先减小后增加。这说明增加注气流量有利于降低井底岩屑浓度，改善井底压力，但这种效果随注气流量的增加而减弱，因此在现场施工时，需根据具体的钻井要求选择合适的注气流量。

3 注液流量对环空底部压力和岩屑浓度的影响

由图2可知，注液流量对环空底部压力和岩屑浓度影响较大。随着注液流量的增加，环空底部压力先减小后增大，岩屑浓度逐渐减小，且减小的幅度逐渐减小。这说明，增加注液流量有利于降低井底岩屑浓度，但是注液流量过大或过小都会导致井底压力的增大，因此需根据具体钻井要求选择合适的注液流量，将井底压力和岩屑浓度控制在一个合理的范围。

4 环空底部压力和岩屑浓度与井口回压的关系

图3为环空底部压力和岩屑浓度与井口回压的关系曲线。由图3可知，井口回压对环空底部压力具有很大的影响，对环空底部岩屑浓度影响不大，且环空底部压力和岩屑浓度均随井口回压的增加而增大。因此在实际钻井中需要将井口回压控制在一定范围内，以免出现井底压力过大的情况。井口回压对岩屑浓度影响较小是由于其对环空中压力的分布影响不大，当注气、注液流量不变时，泡沫流体的速度变化较小，导致泡沫流体的携岩能力变化较小，最终表现为井底岩屑浓度随井口回压的增加而略微增大。

5 机械钻速对环空底部压力和岩屑浓度影响

由图4可知，机械钻速对环空底部压力和岩屑浓度具有显著的影响，环空底部压力和岩屑浓度随着机械钻速的增加而增大。当注气流量、注液流量不变时，泡沫流体的携岩能力一定，增加机械钻速会导致环空内岩屑浓度增加，进而导致环空底部压力升高。因此，在钻井过程需根据实际的排量制定合理的钻进速度。

6 环空底部压力和岩屑浓度与岩屑粒径之间的关系研究

图5为环空底部压力和岩屑浓度与岩屑粒径之间的关系曲线。由图5可知，岩屑粒径对环空底部压力和岩屑浓度具有显著的影响，环空底部压力和岩屑浓度随着岩屑粒径的增加而增大。分析认为，岩屑的粒径越大，其在流体中的浮重便越大，在流体中具有更大的沉降速度，进而导致环空中岩屑浓度增大，并进一步增大环空底部压力。

7 小结

综合上述分析，环空井底压力和岩屑浓度影响因素具有以下特点：

（1）随着注气流量的增加，井底岩屑浓度逐渐减小，且减小的幅度越来越小，而环空井底压力先减小后增加。

（2）随着注液流量的增加，环空底部压力先减小后增大，岩屑浓度逐渐减小，且减小的幅度逐渐减小。

（3）井口回压对环空底部压力具有很大的影响，对环空底部岩屑浓度影响不大，且环空底部压力和岩屑浓度均随井口回压的增加而增大。

（4）机械钻速对环空底部压力和岩屑浓度具有显著的影响，环空底部压力和岩屑浓度随着机械钻速的增加而增大。

（5）岩屑粒径对环空底部压力和岩屑浓度具有显著的影响，环空底部压力和岩屑浓度随着岩屑粒径的增加而增大。

参考文献：

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