空氣鉆水平井注入?yún)��?shù)優(yōu)化的探究

　　摘要：空氣鉆井的具體內(nèi)容是將壓縮的空氣作為一種介質(zhì)，也能將空氣作為破碎巖石的一種能量�？諝忏@井的優(yōu)勢是成本比較低、較高的鉆速、具備良好的環(huán)保性能。在我國，空氣鉆井應(yīng)用十分的廣泛，與以往傳統(tǒng)的空氣鉆井比較而言，現(xiàn)如今的鉆井技術(shù)在一定程度上得到了很大的提升。通過對現(xiàn)有的空氣鉆井特性進(jìn)行仔細(xì)研究，進(jìn)一步提出空氣鉆井工藝參數(shù)的選擇研究，以期為我國空氣鉆井工藝做出一定的貢獻(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞 空氣鉆水平井;參數(shù)優(yōu)化;探究

　　前言

　　空氣鉆井指的是將空氣當(dāng)作一種循環(huán)介質(zhì)，空氣鉆井具備很多的優(yōu)勢，趨于這些優(yōu)勢，空氣鉆井在我國國內(nèi)外的應(yīng)用更加的廣泛。就現(xiàn)階段的情況來說，我國國內(nèi)的鉆井技術(shù)并不成熟，還存在著各種各樣的問題。比如說，在實際工作中，空氣鉆井理論并不是非常的適用，現(xiàn)階段我國的大部分關(guān)于鉆井的相關(guān)資料還停留在 angle混合流 體均勻流的模型。此外，空氣鉆井鉆頭鉆速和最小氣量這方面還不夠完善。流體溫度也不是呈現(xiàn)線性的分布，這就導(dǎo)致實際情況和相關(guān)的計算結(jié)果是不一樣的，本文將就這幾個問題進(jìn)行討論。

　　空氣鉆井工作特性分析研究

　　對空氣鉆井和相關(guān)的水平井技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合可以在一定程度上降低對空氣鉆井內(nèi)的污染，這樣可以有效的增大儲層的具體暴露面積，為開發(fā)出低產(chǎn)油、低壓以及低滲開辟了一個非常重要的途徑。并且，由于空氣鉆井內(nèi)的情況比較復(fù)雜，再加上摩檫力以及重力的因素，會出現(xiàn)很多的麻煩。因此，對水平井進(jìn)行安全鉆井的參數(shù)設(shè)計是非常重要的�，F(xiàn)階段，由于水平、傾斜和接近水平的空氣固兩相流的研究是比較有限的，但是還存在一些技術(shù)性的問題需要解決，比如注入?yún)��?shù)、巖屑沉降以及井斜的問題。所以，本文對關(guān)于空氣鉆中不同半徑的水平井時井筒內(nèi)氣固兩相流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，這樣可以得出相關(guān)的流場分布數(shù)值，并結(jié)合不同注入?yún)��?shù)條件下的空氣攜帶巖屑能力進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，這樣可以為工藝參數(shù)的設(shè)計提供相關(guān)的依據(jù)，這樣能有效的提升空氣鉆井的工作效率，為企業(yè)創(chuàng)造處更多的經(jīng)濟(jì)利益。

　　空氣鉆井壓力系統(tǒng)計算及流速分析

　　在空氣鉆井壓力的計算過程中，高倒算法是其中非常重要的一個方法，具體指的是將鉆井系統(tǒng)的環(huán)空出口作為壓力計算的起始點，終點設(shè)置為井口，之后將空氣鉆井內(nèi)的各個系統(tǒng)進(jìn)行壓降。其中，壓降指的是鉆頭壓降、鉆內(nèi)柱壓降以及環(huán)空壓降。本文對環(huán)空壓力計算采用angle模型，主要對鉆頭壓降內(nèi)的聲速流進(jìn)行分析。

　　(1)鉆柱內(nèi)壓力分布的計算

　　對于一些可壓縮的氣體或者其他的氣體混合物可以使用angle模型來進(jìn)行處理，之后再使用伯努利方程進(jìn)行求解，這一模型對于高速運動以及低速運動氣體的運動規(guī)律存在著很大的差異，所以，需要仔細(xì)的考慮氣體熱力學(xué)以及氣體壓縮性的過程。

　　流體的壓縮性具體指的是，在一定溫度差的條件下，其密度可以被改變的一種性質(zhì)。壓縮性流體一般遵守的是質(zhì)量守恒定律，需要結(jié)合相關(guān)的因素，比如流體的溫度、壓力以及流速等，之后結(jié)合牛頓第二定律來推導(dǎo)出相應(yīng)的壓力控制方程，這樣才能快速的求解出鉆柱之內(nèi)的壓力分布。結(jié)合相關(guān)的經(jīng)驗，在求解壓力分布時，使用壓縮性的流體模型是更加準(zhǔn)確的。對于鉆井系統(tǒng)需要做出一系列的假設(shè)：首先，要假設(shè)流體是一種可以壓縮、無粘性、易流動、等向的介質(zhì);其次，空氣鉆井系統(tǒng)中的阻力平方區(qū)域需要和鉆井的鉆柱是同心的，做出鉆柱內(nèi)壓力分布的計算可以解決一部分關(guān)于空氣鉆井中存在的問題，為空氣鉆井的正常運行提供必要的條件。

　　(2)空氣鉆井循環(huán)系統(tǒng)的壓力分布以及氣體流速的研究分析

　　對環(huán)空以及鉆柱內(nèi)的壓力分布特性分析如下，壓力在鉆柱內(nèi)呈現(xiàn)出折線形式的分布，在空氣井的深度為 2900m左右時，壓力梯度會出現(xiàn)非�？焖俚淖兓�，主要原因是，因為過流面積突然發(fā)生改變所引起的。

　　根據(jù)實際情況推導(dǎo)出來的氣體流速公式為：

　　V=wRRT/(pS)

　　這一公式的具體含義是，在氣流量一定時，流速與 T、P、s相關(guān)。氣體的高壓的狀態(tài)下進(jìn)入到鉆柱之后，流速會慢慢的增加。在氣體到達(dá)環(huán)空鉆桿段后，隨著過流面積的進(jìn)一步增加，就會使得氣體的流速慢慢降低，直到達(dá)到環(huán)空的最低點處。在經(jīng)過這些計算之后，就可以得出這樣的結(jié)論：空氣井中的氣體流速最低處并不是在井底，而是在鉆挺和鉆桿的交接處，鉆井循環(huán)系統(tǒng)中單位體積的動能最低點也是在這一區(qū)域。

　　空氣螺桿馬達(dá)轉(zhuǎn)速特性分析

　　通過仔細(xì)分析馬達(dá)轉(zhuǎn)速和馬達(dá)壓降曲線的相關(guān)資料可以得知，馬達(dá)的壓降和馬達(dá)的轉(zhuǎn)速之間呈現(xiàn)的是相反的關(guān)系，也就是說，隨著馬達(dá)壓降的降低，轉(zhuǎn)速會增大。馬達(dá)的轉(zhuǎn)速公式如下：n=60wRRTa/(paq)。根據(jù)這一公式我們可以知道，在馬達(dá)轉(zhuǎn)速計算點是一個固定點時，馬達(dá)的內(nèi)部溫度就是一個定值。馬達(dá)轉(zhuǎn)速增大是因為馬達(dá)內(nèi)的平均壓力降低。

　　馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和排氣量之間是呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系，即排氣量的增加是隨著轉(zhuǎn)速的增加而不斷增加的。通過上文列出的馬達(dá)公式我們可以知道，在馬達(dá)內(nèi)的排氣量進(jìn)一步增加之后，氣體的質(zhì)量也會隨之增加，但是，需要注意的是，馬達(dá)內(nèi)的轉(zhuǎn)速壓力也隨之增大了。這就說明了排氣量和流量對馬達(dá)的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生了相反的作用。此外，流體的溫度模型運用在空氣鉆井的線性流體模型是這樣假設(shè)的，空氣的熱容性比較差，但是熱傳遞卻是很充分的，這就出現(xiàn)了實際情況和假設(shè)相悖的情況。由于空氣鉆井中的空氣流速比較快，但是熱容性比較差，這就導(dǎo)致了熱交換不是十分的充分。

　　空氣鉆井工藝參數(shù)的選擇研究

　　在對空氣鉆井最小氣量的選擇中，需要特別關(guān)注的是空氣鉆井中的氣量是不是充足的。在空氣鉆井的技術(shù)應(yīng)用中，保持空氣井中清潔的空氣是非常關(guān)鍵的一環(huán)。需要結(jié)合實際情況利用井底的清潔程度標(biāo)準(zhǔn)來選擇最小氣量，還需要注意的一點是，隨著空氣井深的增加，最小氣量也隨之增加了。

　　鉆速的選擇也是一個非常重要的工作，鉆速是由很多不同的因素共同決定的。比如說：轉(zhuǎn)速、鉆壓、鉆頭的具體類型、鉆井井底的壓差等，需要結(jié)合實際情況選擇合理的鉆速。通過相關(guān)的研究表明，為了有效的提高排量，可以進(jìn)一步的提高空氣鉆井的鉆速，通過一些研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)最小單位體積動能點的地方仍然處于交接的地方，所以要結(jié)合具體的情況計算交接處的鉆速，并選擇最小值作為最終的鉆速。

　　石油論文投稿刊物：《石油學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1980年，是中國石油學(xué)會主辦，國內(nèi)外公開發(fā)行的石油及天然氣科學(xué)技術(shù)方面的綜合性學(xué)術(shù)期刊。主要刊載石油和天然氣地質(zhì)勘探、油氣田開發(fā)技術(shù)與工藝、石油與天然氣鉆井、海洋油氣工程、油氣儲運、石油礦場機(jī)械以及相關(guān)分支學(xué)科、交叉學(xué)科的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的創(chuàng)新性成果和高水平論文。

　　四、結(jié)束語：

　　綜上所述，空氣鉆井一般是利用壓縮空氣作為井內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)，研究空氣鉆井時采用的 angle模型只適用于低速運動的流體。對于空氣鉆井來說，氣體具備一定的壓縮性，因此，結(jié)合實際情況，采用流體模型是更加可靠的。鉆速和最小排氣量的選擇需要更加的重視研究交接面處的具體情況�？諝饴輻U馬達(dá)的轉(zhuǎn)速特性計算有聲速流和亞聲速流這兩種情況，在具體的計算過程中需要充分的考慮到。鉆井的壓力以及溫度對馬達(dá)的轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出相反的作用，所以對馬達(dá)轉(zhuǎn)速的確定要結(jié)合實際情況，對參數(shù)進(jìn)行具體分析才能確定。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：閆甫

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