摘要：为防止钻井井喷失控，针对钻井气侵情况，从井涌及压井过程中井筒溢流特性出发，建立了气液两相流气侵计算模型，给出了不同时期的初边值条件，采用有限差分法求解。模拟结果表明，钻进期间立管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系，常规压井期间套管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系。基于以上原理提出了钻进期间立管压力法和压井期间套管压力法，利用相关系数判断钻进及压井期间不同时刻的气侵速度及气侵高度。并开发了计算机自动判断气侵速度及运移高度系统.为气侵参数的g-1断提供了理论依据。
关键词：气侵;气液两相流;立管压力;套管压力;相关系数
井喷是由溢流井涌进一步发展而来的。为了防止井喷失控，需要早期发现溢流，准确地判断溢流大小及溢流运移高度，针对不同的溢流特性采取不同的井喷控制方法。目前溢流检测方法有泥浆池液面法、钻井液返出流量计法、声波气侵监测法和基于LWD、PWD溢流检测，不同的检测方法有其不同的特点_1_。发现溢流之后，溢流特f生分析主要是借助于气液两相流经验公式，误差较大[。笔者基于钻井期间发生气侵的质量守恒方程和动量方程，考虑一定的辅助方程，以及针对不同情况建立不同的初边值条件5-s]，分析气侵的溢流特l生，在此基础上，提出了基于立管压力和套管压力的气侵特I生判断方法。
1钻井期间气侵后两相流计算模型建立
1.1气侵后套管压力和立管压力变化规律
正常钻进和压井期间，钻柱和井简环空水力学系统可用u型管原理进行描述，见图1。立管压力、套管压力和井底流压存在如下关系式。
钻进期间，有气体侵入井筒并随钻井液向上运移，引起钻井液密度降低，静液压力减小，而套管压力是大气压，为定值。根据式(1)知井底流压随气体向上运移不断降低。钻柱中钻井液性质受到气侵的影响很小，可认为性质不变、钻井液排量不变时，静液柱和摩擦阻力不变，但是井底压力减小引起立管压力降低。
利用常规压井方法压井时，井底流压是恒定的，略大于地层压力。随气体向上运移，气体体积不断膨胀，环空中静液柱和循环摩阻之和不断减小，要维持井底流压恒定，套管压力将不断增加。
由以上分析知，当气体侵入井筒并向上运移时，立管压力和套管压力会有相应的变化，根据两者的变化程度可以判断气侵大小及气体运移高度。
2钻进及压井期间气侵溢流特性分析
计算模拟采用以下数据：井深3000rn，储层厚度100m，地层压力32×10Pa，地层温度梯度2.5cC/100m，气体相对密度0.6。套管直径为0.225m，钻铤外径0.158m，钻铤内径0.078m，钻杆外径0.127m，钻杆内径0.108m，钻铤长度180m，钻头直径0.216m，钻进速度30m/h，钻头喷嘴当量直径0.0173m，钻井液排量30L/s，钻井液密度1200kg/m，初始立管压力15×10Pa。
2.1钻进期间立管压力与气侵速度及气侵高度的关系
假设不同气侵速度，根据以上建立的气液两相流模型及实例井参数，得出钻进期间不同气侵速度下，立管压力随气体运移的变化规律。如图2和图3，立管压力与气侵速度和气体运移高度呈一一对应关系。立管压力随气侵时间延长而不断降低，气侵速度越快立管压力降低越快。立管压力随气侵运移高度增大也是不断降低的。
2.2压井期间套管压力与气侵速度及气侵高度的关系
假设不同气侵速度，根据以上建立的气液两相流模型及实例井数据，得出压井过程中，套管压力随气体运移的变化规律。如图4和图5，套管压力与气侵速度和气体运移高度呈一一对应关系。套管压力随压井时间延长而不断升高，气侵速度越快套管压力升高越快。套管压力随气侵运移高度增大也是不断升高的。
3实时判断气侵速度及气侵高度原理及方法
3.1立管压力法
分析可得，钻进过程中，立管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系，因此可以通过立管压力确定气侵速度和气侵高度。
钻进过程中，井口是敞开的，套管压力始终为零。当地层气体侵入井筒后，使井筒环空的钻井液密度降低，并且气液两相的环空摩阻比纯钻井液的摩阻大，随气体向上运移，井底压力不断减小，根据u型管原理，立管压力也随之减小，立管压力的降低值等于井底压力的降低值。因为井底压力减低程度与气侵速度和气侵高度有关，因此可以通过立管压力变化间接地计算出气侵速度和气侵高度。
3.2套管压力法
由图4和图5知，常压法压井过程中，井口套压与气侵速度及气侵高度呈一一对应关系，通过井口套压值就可以确定气侵速度和气侵高度。
压井过程中，侵入井筒的气体随着钻井液或压井液向上运移，并且滑脱上升。被气体污染的钻井液段逐渐增大，并且密度不断降低。利用井底常压法压井时，井口套压随着气体运移不断增大，并且气侵速度不同井口套压增加的趋势也不同。通过井口套压值就可以确定气侵速度和气侵高度。
3.3实时判断气侵速度及气侵高度
钻进或压井过程中，立管压力和套管压力可通过压力传感器和计算机实现实时数据采集，计算机自动计算实时采集的数据和根据气液两相流理论模型计算数据库里数据的相关系数，如果采集的数据和数据库的某组数据的相关系数更接近1，则说明此组数据对应的气侵速度更接近此口井的气侵速度。计算机自动给出实际气侵速度的范围。气侵速度与气侵高度与压力的变化有对应关系，根据这个关系和压力值就可以得出气侵高度。
根据以上理论开发了计算机自动判断气侵速度及运移高度软件。钻井(压井)前，首先将此口井的基本数据输入系统，利用气液两相流计算模型，计算得出不同气侵速度下立管压力(套管压力)随气侵时间的变化曲线，以及气体运移高度与立管压力(套管压力)曲线，将这些数据点存储到计算机数据库中。计算机数据自动采集系统实时采集现场压力数据，当发现某时刻的立管压力(套管压力)增大时，此时刻的前一时刻作为第1数据计算点，实时计算数据采集压力与数据库存储数据点的相关系数，根据相关系数给出实时的气侵速度及气体运移高度。
4结论
(1)钻井期间考虑气体相变，建立了气液两相流计算模型，分别给出了钻进期间和压井期间的初始条件及边界条件，采用有限差分求解方法进行求解。
(2)模拟结果表明，钻进期间立管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系，立管压力随气侵时间延长而不断降低，气侵速度越快立管压力降低越快。立管压力随气侵运移高度增大而减小。常规压井期间套管压力与气侵速度和气侵高度呈一一对应关系。套管压力随压井时间延长而不断升高，气侵速度越快套管压力升高越快。套管压力随气侵运移高度增加而增大。
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