深水深層鉆井面臨壓力體系多變、安全密度窗窄、溫度環(huán)境苛刻等條件，導(dǎo)致井筒壓力控制難度大、溢流復(fù)雜情況頻發(fā)。準(zhǔn)確表征井筒氣液兩相流動(dòng)規(guī)律是溢流早期識(shí)別和井控壓井安全的基礎(chǔ)。氣侵條件下井筒氣液兩相流動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，尤其在油基鉆井液中，氣體會(huì)隨著溫度壓力的變化溶解或析出。目前油基鉆井液中氣液兩相流的研究主要基于氣體經(jīng)驗(yàn)溶解度模型或閃蒸模型，認(rèn)為氣體的溶解與析出是瞬間發(fā)生的。但很多對(duì)氣液間傳質(zhì)速率的研究表明氣體與白油或柴油之間的傳質(zhì)速率是較慢的。中國(guó)石油大學(xué)（北京）李軍教授、楊宏偉副教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)這一問(wèn)題，建立了層流和紊流條件下的瞬態(tài)氣液相間傳質(zhì)速率模型，并將此模型耦合到瞬態(tài)非等溫氣液兩相流模型中，以此研究了油基鉆井液條件下井筒氣液兩相流動(dòng)規(guī)律和相間傳質(zhì)速率。研究成果有助于更加準(zhǔn)確精細(xì)掌握油基鉆井液中的井筒多相流動(dòng)特征，為溢流早期識(shí)別和井控壓井安全提供理論指導(dǎo)。相關(guān)研究認(rèn)識(shí)刊登在《石油學(xué)報(bào)》第45卷第11期。
（1）基于氣液兩相流中滑移上升氣泡的界面?zhèn)髻|(zhì)理論，建立了層流和紊流條件下的氣液相間傳質(zhì)速率方程，研究表明氣液相間傳質(zhì)速率受多種因素耦合影響，隨著氣體濃度和流體流速的增加而增大，紊流條件下的相間傳質(zhì)速率明顯高于層流條件下的相間傳質(zhì)速率。
（2）創(chuàng)新建立了油基鉆井液條件下考慮相間傳質(zhì)速率的全瞬態(tài)非等溫氣液兩相流模型，利用國(guó)外學(xué)者O’Bryan在全尺寸實(shí)驗(yàn)井中進(jìn)行的氣侵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)注氣階段的泥漿池增量和井底壓力吻合度較好，而傳統(tǒng)考慮穩(wěn)態(tài)相間傳質(zhì)的兩相流模型的計(jì)算結(jié)果與注氣階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定偏差。
（3）精細(xì)揭示了油基鉆井液條件下的井筒氣液兩相流動(dòng)規(guī)律。地層氣體與油基鉆井液的相間傳質(zhì)速率較慢，即使氣侵速率較小，氣體也不會(huì)立即完全溶解于未飽和的油基鉆井液中，而是隨著氣體和液體向上流動(dòng)逐漸發(fā)生溶解。在相同氣侵速率條件下，模型計(jì)算的自由氣體積分?jǐn)?shù)大于傳統(tǒng)模型的計(jì)算結(jié)果。
論文鏈接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202411009
