第二十四章 井涌模拟分析模型
井涌模拟分析模型是一个非常有用,而且易于使用的工程工具。他用于在钻井过程中气体涌出之后，全面的评估井控操作的模拟过程。井控是钻井过程中最重要的部分之一。井涌处理不当将可能导致井喷和潜在的设备损失及人员的伤亡。
这个模型描述了复杂的多相流，他由气体的涌入开始，最后他们被循环出井筒。这个模型也适合三维井眼(直井和水平井)以及陆地和海上的井也可以应用这个模型。他能管理司钻和工程师这两种井控方法，并且采用了宾汉塑性和幂律流体模型来用于摩擦压力的计算。程序同样允许您选择一个单气泡模型(只有水基泥浆的情况下)或者含有三种要处理的气体在井筒中移动相关联的两相流体，选择其中之一。当使用的是油基泥浆时，他还要考虑到气体溶解度的影响。
该程序计算压井泥浆密度、钻杆压力时刻表和压井施工单。他能预测压力的变化和在节流闸门组处、套管鞋、井口、和井底的当量循环密度(ECD)。沿着井筒的最大ECD同样可以被计算出来，并且可以与孔隙和破裂压力梯度进行比较。他的结果对于明确设备是否能够承受井涌产生的压力是非常有用的。
24.1输入
24.1.1项目页面
井涌模拟模型的项目输入页面与典型的DrillNET软件的项目页面很类似。
24.1.2轨迹数据页面
井涌模拟模型的轨迹数据输入页面与典型的DrillNET软件的轨迹数据页面很类似。
24.1.3管柱数据页面
井涌模拟模型的管柱数据输入页面与典型的DrillNET软件的管柱数据页面很类似。
24.1.4井身数据页面
井涌模拟模型的井身数据输入页面与典型的DrillNET软件的井身数据页面很类似。
24.1.5地层数据页面
井涌模拟模型的地层数据输入页面与典型的DrillNET软件的地层数据页面很类似。
24.1.6作业页面
1)压井过程。最常见以流体循环为基础的井控程序是司钻法和“等待加重”法。这些做法在流体循环的过程中用来维持BHP的恒定。
对于司钻法，当溢流被循环出时泥浆密度是不增加的。在此过程结束时，在钻杆的入口和节流管汇处仍然有压力。司钻法是一个典型的利用流体循环来从井筒的环空将地层的流入流体替换出去的方法。将BHA的喷嘴要放置于您想要压井的深度。在这种情况下，循环流体的密度是低于压井所需的密度，这个泵送过程将不会导致井筒内的静压力平衡。然而，当我们操作得当时，在这一过程完成时，该方法可以确保井筒中的流体密度均匀一致。在循环结束后，地面的压力是结合了泵送流体柱和静液柱两者的压力，形成的当量密度提供一个检查来确认大于所需压井泥浆的密度。
对于等待加重法(也称为工程师法)，关井后调整泥浆的密度达到压井所需要的密度。然后将溢流循环出来。这个处理过程的结果是，当停止循环时，钻杆入口处和节流管汇处两者的压力都是大气压力。与司钻法相比，等待加重法也需要将BHA下至压井所需的深度。在循环阶段结束后，钻杆和井筒环空在地面的静压力都应该等于零。
2)井口和防喷器类型。系统为防喷器的设计提供了三种井选项:
陆地上的井---该选项将会处理对于陆地钻机的所有类型的井(垂直、定向、水平、大位移井等)。
海上带有地面防喷器的井---对于海上井的选项，程序模型该类井与陆地上的井(除有隔水管之外)类似。
海上带有海底防喷器的井---海底BOP的MD值等于隔水管的MD值。您可以通过检查和指定他们的大小来选择节流管汇/或者压井的内径。
3)关井数据。这些数据用于计算从地层已经涌入井筒气体的量。SIDPP=关井后钻柱压力；SICP=关井后套管压力。
4)泵数据。输入泵的输出系数来为每次泵冲程描述流体量。如果泵排量不知道的情况下，点击【帮助】
来打开一个指定泵排量的计算器。
SCR(慢循环速率)是在压井操作工程中使用的排量。泵入压力@SCR是也是井控设计的关键。
5)模拟类型。BHP=地层压力+安全余量。对于井控，这个选项是基于一个恒定的BHP(井底压力)。这个模型的以前的用户要求MTI增加选项来维持井控期间的欠平衡或者轻微的过平衡，这个选项作为了一个安全系数。对于这个选项，在下面的文本框中输入首选的安全余量。为在井控期间，维持欠平衡条件输入一个正值。
标准压井表中使用钻杆压力。在一个标准压力施工单中，如果BHP=地层压力，很多钻井工程师相信钻杆压力等于CDPP(钻杆循环压力)。然而，因为他们是钻杆和环空中的摩擦压力损失，由于井不可能是垂直的，那么这个假设不是正确的。如果钻杆压力符合一个标准压井施工单中CDPP的计算，那么当压井泥浆被泵入到井中时，BHP将会改变，而且BHP将会超过地层压力。使用了这种方法后，那么常规井控始终是安全的。
6)感兴趣点/套管鞋测深。为您指定沿着井筒的其他点的MD值的压力提供一个选项，在整个泵送过程中紧密监测这个点的井控模拟操作。为几个明确这几个位置，包括井底、套管鞋、钻杆、节流管汇和您感兴趣的井深处的压力/ECD历史记录，将会在输出图形中显示出来。
套管鞋的深度是必须输入的，此处的压力和ECD可以为该深度的井控过程进行模拟计算。注意，在井底处的压力总是被程序监测的。
7)地面体积数据。输入必须的流体体积。地面流体体积(包括泥浆罐和地面管线的量)常用于计算重晶石连同其他添加剂所需要的麻袋数量。
8)漏失测试。漏失测试(LOT)帮助确认裸眼地层的破裂压力，通常在钻开套管鞋进入新地层后进行的操作。在LOT期间，在关井后流体在地层界面渐渐增大压力。在一些点处，流体通过渗透路径或者破裂的岩石进入地层岩石中。LOT的结果确定了用于本口井的最大泥浆密度。
从LOT显示的结果中输入数据。在您输入或者改变LOT压力的值，泥浆密度或者套管鞋深度的值，为最大允许的泥浆密度(MAMW)，点击
按钮来刷新这些值。这些信息被提供给用户，仅作为压井泥浆密度的比较参考来使用。通常，压井泥浆密度应该低于MAMW以避免地层破裂。然而，这个程序允许用户设置压井泥浆密度成任何您想要的值。
24.1.7参数页面
1)流变类型。选择泥浆流变类型，他最好能描述当前使用的流体。系统提供了三种流体模型。流变模型包括：
1、牛顿。这类流体内部的剪切应力与剪切速率成正比。牛顿流体的例子有水、空气、氮气、甘油和轻质油。他们有一个单一的参数，粘度，他是这类流体共有的。
注意：在井涌模拟模型中指定一个牛顿流体，选择宾汉塑性模型并设置屈服点=0。
2、宾汉塑性。这是钻井流体中最常见的流变模型。这些流体呈现出剪切应力/剪切速率超过临界剪切应力后成直线形式。这些流体具有共同轨道的特点，他们都具有两个参数，塑性粘度和屈服点。由于这些常数是在500到1000/sec的明确的剪切速率中确定的，那么这种模式的流体使用在高的剪切速率范围内。
3、幂律。这种模型适用于剪切稀释或者假塑性钻井流体中。当在对数坐标系上绘制时，剪切应力比上剪切速率是一条直线。两种常数，n和K,能从任何两个范式粘度计的旋转速度中定义。
在高剪切速率中，宾汉塑性和幂律流体模型非常合适来代表了典型钻井流体。模型之间的不同主要是在低剪切速率下。
所需要的确切流变参数根据您选择的流变模型而变得不同。文本标签会自动变化成相应当前的模型。
2)当前泥浆性能。输入参数来描述当溢流发生时，当前井筒中泥浆的性能。
3)泥浆类型。选择水基或者油基泥浆类型。单气泡两相模型对于油基泥浆是不可用的。
4)两相流体模型。四种模型被收集到DrillNET软件中，为了计算涌入井筒中的气体与原始泥浆混合的两相流动水力学。多相相关性模型的选择靠的是现场经验和直觉的问题。对于Beggs-Brill、Hasan-Kabir和Hagedorn-Brown模型所需要的各种输入参数是不能测量的，必须通过用户自己估计。单气泡模型会产生最高的节流压力，在大多数情况下代表了最坏的情况。
帮助模型的选择最好的来源是敏感性分析窗口。这个窗口，可以通过点击
图标，他为四种两相模型显示一个简要的结果。他在您指定的特定条件下，指导您对模型做出关键的选择。
5)压井泥浆性能。为循环压井并泵出溢流流体的泥浆输入参数。点击在泥浆密度下面的【估算】
按钮来使程序对所需要的压井泥浆做出估算。这个估算是依赖于井的测量数据、井眼类型、钻杆、当前流体密度和关井数据。
您可以添加一小幅度的安全余量到计算井控结果之前的压井泥浆密度的估计值内。
6)气体注入数据。描述气体的组合来产生压井的量。如果气体特性未知，点击【默认】
按键来为气体和地层参数自动输入代表性的值。注意，对于多相相关性需要表面张力。
ROP(渗透速率)用于计算井筒中新暴露出的地层的渗透率(有助于压井体积的计算)。
24.2输出
井涌模拟模型的输出包括两个输出标签项：
1、小结---为井控显示关键水力学参数的值。
2.图形/表格---一个典型的DrillNET软件的多功能的输出，允许显示单个或者多个图形。
24.3特殊功能
24.3.1计算监视屏
在计算完成后这个输出窗口会自动加载(在您输入所需填入的输入参数后，点击
)。由于结果正在被计算，所以显示出一个计算监视屏。这个显示为您提供了井控基本过程的预演、当气体的注入率被中止时，进入井筒中大量的气体体积被循环出，以及一些其他的工程问题。注意，过程经过的时间被显示在第二行，以帮助您正确对应各项操作的时间刻度。
24.3.2工具条图标
当选择了井涌模拟模型，系统提供了两项特殊的工具条图标，他们是：
井控的动态模拟。为观看而打开动态模拟窗口，这个窗口模拟了控制井的过程中多级泵送操作(在输出结果已经被计算后才可以使用)。
为两相流模型的敏感性分析。为比较四种两相流模型而打开敏感性分析窗口(仅在输出结果已经被计算后可以使用)。
24.3.3动态窗口
这个动态窗口是一个次级输出窗口，用于观看为循环侵入井筒中的气体出井筒的泵送操作。
1)动画图形。为井控中多级泵送操作之前的流体位置在整个过程中显示出来。
2)手动控制动画步进。井控操作的动画可以自动或者手动使动画前进。手动控制允许您在泵送过程中对于特别的点进行详细观察。对于一个标准的井控动画，这个压井过程被分成以1分钟为间隔时间段，
上面时间步长方框中的值可以被调整，以影响压井过程的演示的速度。
选择【开始】来从溢流物进入井筒中的时间点开始，顺序播放这个过程的动画。在模拟期间，为了在任何您想要的点中止模拟，那么【暂停】和【停止】按钮是可用的。如果您点击了【暂停】，那么再点击【继续】按钮后，动画可以从暂停的点开始继续播放。
3)动态流体模型。颜色图列定义了每种流体的颜色，在动画过程中，使用颜色来代表这些流体的流动。流体的颜色不能被用户改变。
4)动画监视面板。这个监视面板在动态窗口中显示模拟过程中的每个关键参数的数值。这些值随着每次时间步长与图形一起被系统重新计算更新。点击【暂停】或者使用手动步进控制来冻结显示的数据，这样可以使您在井控模拟的过程中，在任何您感兴趣的点进行更细致的分析。
24.3.4敏感性分析窗口
敏感性分析窗口是一个次级输出窗口，用于比较四种两相流模型。使用在主要计算顺序中的流模型，他们是在作业页面中进行选择的。一起比较所有四种模型的结果显示在这个页面上(其中三种模型可以在油基泥浆中使用)。在您的确定条件下，这个结果的显示对于选择哪种模型是非常关键的。在输出窗口已经被计算和加载后，这个敏感性分析窗口可以通过点击
按钮来访问。
选择一个参数作为Y-轴的显示。在选择了一个不同的参数后，敏感性图形将会自动的重新绘制。
选择“四模型”来获得完整的一套四种两相流模型的显示结果。如果您选择“三模型”，那么单泡沫模型将会被移除。单泡沫模型产生最高的节流压力，并在大多数情况下代表了最坏的情况。
《本章结束》