1 钻杆偏心程度的影响
在气体钻井过程中,由于气体不同于泥浆,钻杆会在井筒内随机波动,即钻杆位置不是固定的,会与中心位置发生偏离,偏离程度我们用偏心度来度量。偏心度不同,气-固流体对钻杆的冲蚀速率不同。由于钻杆偏离中心,必然导致钻杆距井筒两边距离不一样,距离较小的一端称为窄流道,距离较大的一端称为宽流道。经过模拟可知,当偏心度为0.1、0.3、0.5、0.8时,其宽流道的冲蚀速率分别为1.9×10-1kg/(m2·s)、1.2×10-1kg/(m2·s)、0.8×10-1kg/(m2·s)、和0.5×10-1kg/(m2·s)。因此,钻杆偏心度越大,其宽流道受到的冲蚀速率基本成线性降低。当偏心度为0.1、0.3、0.5、0.8时,其窄流道的冲蚀速率分别为2.1×10-1kg/(m2·s)、2.5×10-1kg/(m2·s)、2.8×10-1kg/(m2·s)、和3.2×10-1kg/(m2·s),这说明,钻杆偏心度越大,其窄流道受到的冲蚀速率基本成线性增加。另外,在偏心度不断增大的过程中,钻杆受到的最大冲蚀速率也不断增加。因此,偏心度越大,钻杆受到气-固两相冲蚀的程度越大。
2 井径扩径程度的影响
钻井过程中由于地质条件不同,岩心不同,都会造成不同程度的扩径。井径扩大之后,对于气体钻井而言,其偏心程度更加严重。通过仿真模拟,得到结果为:当扩径15%,25%和35%、45%时,钻杆的平均冲蚀速率分别为2.1×10-1kg/(m2·s)、2.3×10-1kg/(m2·s)、2.8×10-1kg/(m2·s)、和3.5×10-1kg/(m2·s),说明随着扩径程度的增加,钻杆受到的平均冲蚀速率不断增加,而且扩径越严重,冲蚀速率增加速率越快。在扩径程度与冲蚀速率在普通坐标中为抛物线,在双对书坐标中为直线。
3 机械钻速的影响
钻杆在岩石中机械钻速越快,其与岩石磨损的程度越大。但是机械钻速对钻杆冲蚀影响程度较低。通过仿真模拟实验结果为:机械钻井速度为10m/h、20m/h、30m/h和35m/h时,气-固流体对钻杆的冲蚀速率分别为1×10-1kg/(m2·s)、2.5×10-1kg/(m2·s)、3.8×10-1kg/(m2·s)、和4.5×10-1kg/(m2·s),二者基本成线性关系。说明机械钻速越快,气-固流体对钻杆的冲蚀速率越快,冲蚀程度越严重。例如当机械钻速为35m/h时比10m/h,气-固流体对钻杆的冲蚀速率增加3.5倍。机械钻井速度为10m/h、20m/h、30m/h和35m/h时,携岩气流的平均速度分别为6×10-1kg/(m2·s)、5.5×10-1kg/(m2·s)、4.2×10-1kg/(m2·s)、和3×10-1kg/(m2·s),表明随着机械钻速增加,携岩气流的平均速度逐渐降低。
4 气体注入速度的影响
气体钻井过程中气体注入速度对钻杆磨损具有重要的作用。有模拟结果可知:当注气速度为0.3m3/h、1m3/h、1.5m3/h、2m3/h和2.3m3/h时,钻杆冲蚀速率分别依次为:1.1×10-1kg/(m2·s)、0.15×10-1kg/(m2·s)、0.1×10-1kg/(m2·s)、0.05×10-1kg/(m2·s)和0.06×10-1kg/(m2·s)。可见,随着注气速度的增加,钻杆冲蚀速率逐渐降低,而且在直角坐标中,注气速度与充实速率成双曲线关系,及随着注气速度的增加,钻杆冲蚀速率降低速度先快后慢,最后趋于平缓。但是实际的钻进过程中,注气速度一般都大于1m3/h,因此,注入速度的改变对钻杆冲蚀速率的影响较低。例如当注入速度为2.3m3/h时,钻杆冲蚀速率仅仅比注入速度为1m3/h时降低了0.1×10-1kg/(m2·s)。
5 钻杆冲蚀预防方法
根据以上分析可知,偏心程度和扩径程度对钻杆冲蚀的影响效果较强,机械钻速和气体注入速度对钻杆冲蚀的影响效果较弱。建议采用低速钻井方式,低速钻井可以有效降低钻杆的离心力,避免钻杆在井筒中的横向摆动。另外建议采用空气锤钻井,该方法可以有效的防止钻井过程中井身偏斜。该两种方式结合可以有效的降低偏心对钻杆的冲蚀的影响。扩径对钻杆冲蚀的影响程度仅次于偏心的影响。当扩径程度较大时可以加大注气速度,用注气速度改变井筒中流场分布,降低扩径对钻杆冲蚀的影响程度。
摘要：气体钻井就是采用气体作为携沙介质,取代泥浆钻井,能够大幅提高钻进速度。气体钻井主要用于非储层钻进,其机械钻进速度能够比常规泥浆钻进速度提高2-8倍,是低油价时代重要的降本技术。气体钻井过程中气、固两相流对钻杆冲蚀作用极强,造成钻井风险大幅提高,可能造成不可估量的后果。文章主要分析了气体钻井对钻杆的磨损机理、影响因素及对策分析。
关键词：气体钻井,钻杆磨损,原因,对策分析
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