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    控压钻井控制系统的动态两相流模型研究

    放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-23 10:56:39    浏览次数:14    评论:0
    导读

    控压钻井控制系统通常采用单相流模型来控制钻井过程中的井涌,单相模型没有考虑关键井控制参数,因而忽略了气相流动对泥浆密度和节流阀的性能的影响,最终影响控压钻井控制系统对井涌的控制。本文提出了一种两相流模型的控压钻井控制系统,用于计算井涌控制过程中的环空压力和节流阀动态。毛主席1936年在保安对斯诺说:“这

    控压钻井控制系统通常采用单相流模型来控制钻井过程中的井涌,单相模型没有考虑关键井控制参数,因而忽略了气相流动对泥浆密度和节流阀的性能的影响,最终影响控压钻井控制系统对井涌的控制。本文提出了一种两相流模型的控压钻井控制系统,用于计算井涌控制过程中的环空压力和节流阀动态。

    井控是钻井过程中最重要的作业之一,无论是陆地钻井还是海洋钻井都要进行井控作业。在控压钻井自动化系统中,采用水力模型与控制系统相结合的方法,对钻井过程中的井下压力进行自动控制 [1-2]。在控压钻井自动控制系统中,主要分析井筒中动态两相流模型来实时估计井下压力。液体和气体混合物流入环空将导致环空体积下降。因此,影响模型估计的流入尺寸或套管压力。为此提出了一种两相(气液两相)流动的简单模型,该模型考虑了气体侵流对套管压力瞬态的影响。

    1 动态两相水力模型

    1.1 模型假设条件

    考虑到钻井液水力学中涉及的流体动力学的复杂性[3],提出了能保证准确性的简化的模型,假设条件如下:

    (1)在整个长度井筒内具有恒定温度剖面的稳态流动。

    (2)计算压力剖面时,气液混合物在空间中的速度是均匀的。

    (3)环空(管)是一个单独的控制体积。

    (4)计算气液两相速度时忽略了压力瞬态项。

    1.2 环空两相流

    两相流模型直接影响气相流入控制体引起的环空节流压力。通过将环空(或流量管)作为一个控制体积,应用质量守恒定律将修改后的节流压力动态定义为:

    其中: 是当通过负压梯度传播时的气体膨胀。 由公式(2)确定:

    是初始气体速度。可得节流压力动态模型为:

    1.3 阻塞流模型

    由于通过节流的两相(液气混合物)的流量可以看成节流参数、节流口、密度和通过节流的压降的函数。将质量守恒定律应用于两相液气混合物的流量[4],由公式(4)表示。

    其中:为两相混合物通过节流器的流量,单位L/s;为液体质量分数,为气体质量分数,为气体膨胀系数。

    2 模型实现流程

    本文采用的水力模型为修正的Kaasa模型 [5],其中简化了两相流模型,该模型考虑了井涌过程中气相流入井筒的情况。流程如图1所示。

    图1 控压钻井控制系统工艺流程图。

    3 结语

    本文提出了一种两相流模型计算井涌控制过程中环空压力,为了提高模型的控制效果,它的性能是在多阶段的控制模拟中与单相流动模型的性能对比。结果表明,相比于该模型,单相模型忽略了关键控制参数,包括井底压力3bar和窒息压力2bar,这是由于忽略了气相内流的特征效应造成的。

     
    (文/小编)
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