空氣鉆水平井注入參數優化的探究

　　摘要：空氣鉆井的具體內容是將壓縮的空氣作為一種介質，也能將空氣作為破碎巖石的一種能量。空氣鉆井的優勢是成本比較低、較高的鉆速、具備良好的環保性能。在我國，空氣鉆井應用十分的廣泛，與以往傳統的空氣鉆井比較而言，現如今的鉆井技術在一定程度上得到了很大的提升。通過對現有的空氣鉆井特性進行仔細研究，進一步提出空氣鉆井工藝參數的選擇研究，以期為我國空氣鉆井工藝做出一定的貢獻。

　　關鍵詞 空氣鉆水平井;參數優化;探究

　　前言

　　空氣鉆井指的是將空氣當作一種循環介質，空氣鉆井具備很多的優勢，趨于這些優勢，空氣鉆井在我國國內外的應用更加的廣泛。就現階段的情況來說，我國國內的鉆井技術并不成熟，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，現階段我國的大部分關于鉆井的相關資料還停留在 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線性的分布，這就導致實際情況和相關的計算結果是不一樣的，本文將就這幾個問題進行討論。

　　空氣鉆井工作特性分析研究

　　對空氣鉆井和相關的水平井技術進行有效結合可以在一定程度上降低對空氣鉆井內的污染，這樣可以有效的增大儲層的具體暴露面積，為開發出低產油、低壓以及低滲開辟了一個非常重要的途徑。并且，由于空氣鉆井內的情況比較復雜，再加上摩檫力以及重力的因素，會出現很多的麻煩。因此，對水平井進行安全鉆井的參數設計是非常重要的。現階段，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性的問題需要解決，比如注入參數、巖屑沉降以及井斜的問題。所以，本文對關于空氣鉆中不同半徑的水平井時井筒內氣固兩相流場進行了數值模擬研究，這樣可以得出相關的流場分布數值，并結合不同注入參數條件下的空氣攜帶巖屑能力進行了進一步的分析，這樣可以為工藝參數的設計提供相關的依據，這樣能有效的提升空氣鉆井的工作效率，為企業創造處更多的經濟利益。

　　空氣鉆井壓力系統計算及流速分析

　　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的環空出口作為壓力計算的起始點，終點設置為井口，之后將空氣鉆井內的各個系統進行壓降。其中，壓降指的是鉆頭壓降、鉆內柱壓降以及環空壓降。本文對環空壓力計算采用angle模型，主要對鉆頭壓降內的聲速流進行分析。

　　(1)鉆柱內壓力分布的計算

　　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模型來進行處理，之后再使用伯努利方程進行求解，這一模型對于高速運動以及低速運動氣體的運動規律存在著很大的差異，所以，需要仔細的考慮氣體熱力學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。壓縮性流體一般遵守的是質量守恒定律，需要結合相關的因素，比如流體的溫度、壓力以及流速等，之后結合牛頓第二定律來推導出相應的壓力控制方程，這樣才能快速的求解出鉆柱之內的壓力分布。結合相關的經驗，在求解壓力分布時，使用壓縮性的流體模型是更加準確的。對于鉆井系統需要做出一系列的假設：首先，要假設流體是一種可以壓縮、無粘性、易流動、等向的介質;其次，空氣鉆井系統中的阻力平方區域需要和鉆井的鉆柱是同心的，做出鉆柱內壓力分布的計算可以解決一部分關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)空氣鉆井循環系統的壓力分布以及氣體流速的研究分析

　　對環空以及鉆柱內的壓力分布特性分析如下，壓力在鉆柱內呈現出折線形式的分布，在空氣井的深度為 2900m左右時，壓力梯度會出現非常快速的變化，主要原因是，因為過流面積突然發生改變所引起的。

　　根據實際情況推導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。氣體的高壓的狀態下進入到鉆柱之后，流速會慢慢的增加。在氣體到達環空鉆桿段后，隨著過流面積的進一步增加，就會使得氣體的流速慢慢降低，直到達到環空的最低點處。在經過這些計算之后，就可以得出這樣的結論：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，鉆井循環系統中單位體積的動能最低點也是在這一區域。

　　空氣螺桿馬達轉速特性分析

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

　　馬達的轉速和排氣量之間是呈現出正比例的關系，即排氣量的增加是隨著轉速的增加而不斷增加的。通過上文列出的馬達公式我們可以知道，在馬達內的排氣量進一步增加之后，氣體的質量也會隨之增加，但是，需要注意的是，馬達內的轉速壓力也隨之增大了。這就說明了排氣量和流量對馬達的轉速產生了相反的作用。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，這就出現了實際情況和假設相悖的情況。由于空氣鉆井中的空氣流速比較快，但是熱容性比較差，這就導致了熱交換不是十分的充分。

　　空氣鉆井工藝參數的選擇研究

　　在對空氣鉆井最小氣量的選擇中，需要特別關注的是空氣鉆井中的氣量是不是充足的。在空氣鉆井的技術應用中，保持空氣井中清潔的空氣是非常關鍵的一環。需要結合實際情況利用井底的清潔程度標準來選擇最小氣量，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：轉速、鉆壓、鉆頭的具體類型、鉆井井底的壓差等，需要結合實際情況選擇合理的鉆速。通過相關的研究表明，為了有效的提高排量，可以進一步的提高空氣鉆井的鉆速，通過一些研究發現，出現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：《石油學報》(雙月刊)創刊于1980年，是中國石油學會主辦，國內外公開發行的石油及天然氣科學技術方面的綜合性學術期刊。主要刊載石油和天然氣地質勘探、油氣田開發技術與工藝、石油與天然氣鉆井、海洋油氣工程、油氣儲運、石油礦場機械以及相關分支學科、交叉學科的基礎和應用研究的創新性成果和高水平論文。

　　四、結束語：

　　綜上所述，空氣鉆井一般是利用壓縮空氣作為井內的循環介質，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。空氣螺桿馬達的轉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的轉速呈現出相反的作用，所以對馬達轉速的確定要結合實際情況，對參數進行具體分析才能確定。

　　參考文獻：

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　　作者：閆甫

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