井底恒压控压钻井井口回压分析研究.pdf

◀钻井技术与装备▶ 井底恒压控压钻井井口回压分析研究 ∗ 赖敏斌 樊洪海 彭 齐 纪荣艺 马光曦 黄 梅 陈小龙 （中国石油大学 （北京） 油气资源与探测国家重点实验室） 摘要 针对目前钻井中遇到的窄密度安全窗口日趋频繁的问题， 基于井底恒压控压钻井技术 工艺技术原理， 以通用圆管流量方程和稳态波动压力理论为基础， 精确计算了赫⁃巴流变模式下的 系统环空循环压耗及波动压力， 将钻井过程划分为若干工况， 综合流型＋过程＋工况的组合模式得 到井口回压计算模型。 结合实例对回压计算模型进行验证， 验证结果表明， 用该模型计算的井口 回压与实际值相差很小， 能够满足工程精度要求。 用该模型进一步分析了不同工况下井口回压与 排量、 钻井液密度、 起下钻速度以及起下钻时间的关系， 分析结果对控压钻井的安全实施具有重 要的参考意义。 关键词 窄密度安全窗口； 井底恒压； 控压钻井； 井口回压； 计算模型 中图分类号 ＴＥ２４９ 文献标识码 Ａ ｄｏｉ １０􀆱 １６０８２／ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－４５７８􀆱 ２０１５􀆱 １１􀆱 ００３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｂａｃｋ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＭＰＤ Ｌａｉ Ｍｉｎｂｉｎ Ｆａｎ Ｈｏｎｇｈａｉ Ｐｅｎｇ Ｑｉ Ｊｉ Ｒｏｎｇｙｉ Ｍａ Ｇｕａｎｇｘｉ Ｈｕａｎｇｍｅｉ Ｃｈｅｎ Ｘｉａｏｌｏｎｇ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ （Ｂｅｉｊｉｎｇ） ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ａｄｄｒｅｓｓ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｎａｒｒｏｗ ｍｕｄ ｗｅｉｇｈｔ ｗｉｎｄｏｗ， ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎ⁃ ｓｔａｎｔ ｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＭＰＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｅ ａｎｎｕｌｕｓ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｏｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ Ｈｅｒｓｃｈｅｌ⁃Ｂｕｃｋｌｅｙ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｐｉｐｅ ｆｌｏｗ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｅａｄｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｌｕｃ⁃ ｔｕａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ􀆱 Ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ􀆱 Ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂ⁃ ｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ｆｌｏｗ ｐａｔｔｅｒｎｓ， ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ􀆱 Ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖａｌｉｄａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅｓ􀆱 Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｙ ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ａ ｓｍａｌｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅ， ａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ａｃｃｕｒａ⁃ ｃｙ􀆱 Ｆｕｒｔｈｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｈａｖｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｆｌｕｉｄ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓａｆｅｔｙ ＭＰＤ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ􀆱 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｎａｒｒｏｗ ｍｕｄ ｗｅｉｇｈｔ ｗｉｎｄｏｗ； ｃｏｎｓｔａｎｔ ｂｏｔｔｏｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ＭＰＤ； ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ０ 引 言 随着深井和高温高压井勘探开发活动的日趋频 繁， 窄密度安全窗口带来的钻井周期长、 事故频繁 和井下复杂等情况也变得越来越多［１］。 控压钻井 技术 （ＭＰＤ） 的出现很好地解决了这个问题。 控 压钻井的本质是 使用闭合承压的钻井液循环系 统， 首先通过水力模拟计算来预测环空压力剖面， 然后与测量数据进行对比， 得到井口回压预控值， 再通过控制压力系统自动调节节流阀开度来控制整 个井眼的环空压力剖面， 从而解决钻井中的复杂压 力控制问题［２－５］。 当前国内控压钻井的研究重点在控压钻井设备 的研制开发上， 精确的环空水力计算略显欠缺［６］。 而精确的环空水力计算能提供更精确的井口回压预 ３１ ２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 １１ 期 石 油 机 械 ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ ∗基金项目 国家科技重大专项 “窄密度窗口安全钻井技术与配套装备” （２０１１ＺＸ０５０２１－００３）。 控值， 以保证控压钻井的顺利进行。 鉴于此， 笔者 通过选取工程上适用性较好的赫⁃巴流变模式， 结 合控压钻井原理及控压钻井工艺流程， 将钻井过程划 分为若干工况， 以流型＋过程＋工况的组合模式得到井 口回压计算方法， 并对井口回压影响参数进行分析。 １ 控压钻井原理 控压钻井的核心就是对井底压力进行精确控制， 将井底压力控制在安全密度窗口之内， 保证钻进与 停钻等一系列作业的安全进行。 通常井底压力等于 静液柱压力、 环空压耗以及井口回压之和。 忽略岩 屑沉降和钻速变化对上返钻井液密度的影响， 在一 定深度下， 静液柱压力可视为定值， 环空压耗受排 量、 井身结构、 钻井液性能、 钻具组合和岩屑含量 等多种综合因素影响， 因此保持井底压力恒定的关 键则是改变井口回压以补偿环空压力损耗的变化［７］。 控压钻井井底压力模型为 ｐＢＨＰ ＝ ｐ ＨＹ ＋ ｐ ａ ＋ ｐ ＢＰ ＋ ｐ ａｆ （１） 式中， ｐＢＨＰ为井底压力， ＭＰａ； ｐＨＹ为静液柱压力， ＭＰａ； ｐａ为环空循环压耗， ＭＰａ； ｐＢＰ为井口回压， ＭＰａ； ｐａｆ为环空压力波动， ＭＰａ。 控压钻井一般使用较低密度的钻井液。 井底恒压 控压钻井有４ 种工况 钻进、 起钻、 下钻和接单根。 正常钻进时， 系统环空压耗最大； 停泵时， 钻 井液循环停止， 环空压耗为 ０； 起下钻作业时， 环 空中产生压力波动， 此时应根据井下激动／ 抽汲压 力的大小在井口实施回压来保持井底压力恒定。 若 遇到气侵状况， 则需要降低泵的排量， 将侵入流体 低速循环出井， 此时循环压降减小， 需要适当增加 井口回压。 ２ 井底恒压控压钻井井口回压计算 将钻井过程划分为若干个工况， 根据控压钻井 的工艺原理， 结合流型＋过程＋工况的组合模式来 计算井口回压。 ２􀆱 １ 正常钻进过程井底压力模型 循环钻进期间， 井筒压力主要由钻井液静液柱 压力和循环压耗组成， 若地层压力过高， 则还要对 井口施加回压来平衡地层压力。 正常钻进工况井底 压力模型为 ｐＢＨＰ ＝ ｐ ＨＹ ＋ ｐ ａ ＋ ｐ ＢＰ （２） ２􀆱 ２ 停泵过程井底压力模型 停泵过程由起下钻和接单根工况组成。 起下钻 会在井筒内产生压力波动， 此时钻井液不循环， 因 此不存在环空循环压耗。 井底压力的计算主要考虑 静液柱压力、 抽汲压力、 波动压力及井口回压。 起 钻、 下钻和接单根时的井底压力模型分别为 ｐＢＨＰ ＝ ｐ ＨＹ ＋ ｐ ｓｗ ＋ ｐ ＢＰ （３） ｐＢＨＰ ＝ ｐ ＨＹ ＋ ｐ ｓｇ ＋ ｐ ＢＰ （４） ｐＢＨＰ ＝ ｐ ＨＹ ＋ ｐ ＢＰ （５） 式中， ｐｓｗ为抽汲压力， ＭＰａ； ｐｓｇ为激动压力， ＭＰａ。 综上所述可得井口回压计算流程， 见图 １。 图 １ 不同工况下井口回压计算流程图 Ｆｉｇ􀆱 １ Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ３ 钻井液流变模式优选 钻井液流变性对环空水力模拟结果有着极其重 要的影响。 目前在石油工业中常用的流变模式有宾 汉、 幂律、 卡森和赫⁃巴模式［８－１１］。 赫⁃巴模式克服 了幂律模式未考虑屈服值的缺点， 而且能够较好地 描述较高剪切速率下钻井液的流变性能， 因此能够 ４１ 石 油 机 械２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 １１ 期 较准确地描述钻井液的流变性。 其流变方程为 τ ＝ τ０＋ Ｋγｎ（６） 式中， τ 为剪切应力， Ｐａ； τ０为屈服值， Ｐａ； Ｋ 为 稠度系数； γ 为剪切速率； ｎ 为流性指数。 ４ 环空循环压耗模型求解 基于圆管流量方程的压耗计算方法能准确分析 钻柱内循环压耗。 赫⁃巴流变模式能较准确地描述 钻井液流变性， 提高水力计算精度。 将圆管流量方 程应用于环空中， 得到环空通用流量方程［１２］ Ｑ ＝ πｎＲ２ δ ２（２ｎ ＋ １）τ２ ｗＫ １／ ｎ（Ｒｏ ＋ Ｒ ｉ ） （τｗ － τ ０） ｎ＋１ ｎ（τｗ＋ ｎ ｎ ＋ １τ０） （７） 式中， τｗ为环空中管壁处切应力， Ｐａ； Ｒδ为环空 间隙， ｍ； Ｒｏ为环空外半径， ｍ； Ｒｉ为环空内半 径， ｍ。 其中， τｗ ＝ τ ０＋Ｋγ ｎ ｗ， γｗ 为环空中管壁处剪切 速率， ｓ －１ 。 如果流量 Ｑ 已知， 就可以通过数值方 法求解 τｗ和 γｗ。 赫⁃巴流体环空结构流的广义雷诺数表达式为 Ｒｅａ＝ １２１－ｎρＤｎ ｈｙｖ ２－ｎ Ｋ ２ｎ ＋ １ ３ｎ ｎ ＋ ２ｎ ＋ １ ｎ ＋ １ Ｄｈｙ １２ｖ ｎ τ０ （８） 式中， Ｒｅａ为环空广义雷诺数； ｖ 为环空流体平均 流速， ｍ／ ｓ； Ｄｈｙ为水力直径， ｍ。 工程上常用广义雷诺数来判别赫⁃巴流体同心 环空轴向流的状态， 临界雷诺数近似取 ２ １００， Ｒｅａ ＜２ １００ 时为层流， Ｒｅａ≥２ １００ 时为过渡流或紊流。 在层流条件下， 环空压耗 ｐａ为 ｐａ＝ ２Ｌ Ｒδ τｗ（９） 紊流时采用非牛顿流体光滑管范宁阻力系数计 算式［１３］来计算 Ｒｅａ， 即 １ ｆ ＝ ４ ｎ′ａ０􀆱 ７５ｌｇ [Ｒｅａｆ １－ ｎ′ａ ２ ] － ０􀆱 ３９５ ｎ′ａ１􀆱 ２ （１０） 其中 ｎ′ａ＝ ｄｌｎτｗ ｄｌｎ １２ｖ Ｄｈｙ （１１） 式中， ｎ′ａ为环空广义流性指数； ｆ 为紊流范宁阻力 系数。 紊流时井眼环空循环压耗计算式为 ｐａ ＝ ２ｆ ρｖ２Ｌ Ｄｈｙ （１２） 式中， Ｌ 为井深， ｍ； ρ 为钻井液密度， ｇ／ ｃｍ３。 ５ 井下波动压力分析 井下波动压力是破坏井眼压力系统平衡的主要 原因之一， 控制不好会造成井涌和井喷等安全事 故。 特别是在窄密度安全窗口井中， 掌握波动压力 的变化规律， 计算波动压力的值， 对于控压钻井的 成功实施具有重要意义［１４］。 实际起下钻工况下流速分布如图 ２ 所示。 基于 稳态波动压力计算模型［１５］， 对起下钻过程所产生 的波动压力进行计算。 图 ２ 流速分布图 Ｆｉｇ􀆱 ２ Ｍｕｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 参考 Ｓｃｈｕｈ 模型中提到的黏附系数来计算环空 流速。 下钻时环空上返流速为［１６］ ｖａｓ＝ ｋ２ １ － ｋ２ ＋ Ｋ ｃ ｖｐ（１３） 式中， ｋ＝Ｒｉ／ Ｒｏ； Ｋｃ由经验公式近似表示［１７］ Ｋｃ＝－ １ － ｋ２＋ ２ｋ２ｌｎｋ ２（１ － ｋ２）ｌｎｋ （１４） 将式 （１４） 带入式 （１３） 得 π（Ｒ２ ｏ － Ｒ ２ ｉ） ｋ２ １ － ｋ２ ＋ Ｋ ｃ ｖｐ＝ ｎπＲ２ δ ２（２ｎ ＋ １）τ２ ｗＫ １／ ｎ （Ｒｏ ＋ Ｒ ｉ）（τｗ － τ ０） ｎ＋１ ｎ τｗ＋ ｎ ｎ ＋ １τ０ （１５） 得到壁面剪切速率后， 即可得波动压力梯度 ｐｓ＝ ２τｗ Ｒｏ － Ｒ ｉ （１６） 式中， ｖｐ为钻柱起下钻速度， ｍ／ ｓ； Ｋｃ为钻井液黏 附系数； ｐｓ为波动压力梯度， ＭＰａ／ ｍ。 式 （１６） 即为基于赫⁃巴流体的稳态波动压力 计算方程， 该方程同样适用于套管和起钻作业过 程。 起钻作业产生的是抽汲压力， 与下钻时的压力 大小相等， 方向相反。 ５１２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 １１ 期赖敏斌等 井底恒压控压钻井井口回压分析研究 ６ 实例计算及分析 ６􀆱 １ 模型验证 用实例井对井口回压计算模型进行验证。 该井 在 ２ ４００～３ ４５０ ｍ 采用环空压力动态控制系统进行 井底恒压控制钻进， 钻井液密度为 １􀆱 １０ ｇ／ ｃｍ３， 通 过设定恒定井底 ＥＣＤ 值， 以微过平衡方式进行钻 进， 达到精确控制井底压力的目的。 计算所需基础数据为 井眼直径 ２１５􀆱 ９ ｍｍ， 钻 井液密度 １􀆱 １０ ｇ／ ｃｍ３， 钻杆外径 １２７ ｍｍ， 排量 １０ Ｌ／ ｓ， 起下钻速度 ０􀆱 ３ ｍ／ ｓ， ２ ３５０～３ ５００ ｍ 地层压力 系数１􀆱 ０６～１􀆱 １０， 屈服值２􀆱 １ Ｐａ， 稠度系数０􀆱 ６７９ ５１ Ｐａｓｎ， 流性指数 ０􀆱 ６５５ ０９。 计算结果如表 １ 所示。 表 １ 井口回压计算值与实际值 ＭＰａ Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＭＰａ 工 况计算值实际值 正常钻进２􀆱 ４２～３􀆱 ９４２􀆱 １～４􀆱 ５ 起钻４􀆱 ６２～６􀆱 ６１４􀆱 ５～６􀆱 ５ 下钻２􀆱 ６８～３􀆱 ８６０􀆱 ０～４􀆱 ０ 接单根３􀆱 ８８～５􀆱 ５８３􀆱 ２～５􀆱 ０ 由表 １ 可知， 通过模型计算的井口回压与实际 值之间的误差较小， 由此验证了控压钻井井口回压 计算模型的准确性， 该模型满足现场施工要求。 ６􀆱 ２ 井口回压影响参数分析 根据控压钻井井口回压计算模型， 对前面实例 在井深 ３ ０００ ｍ 进行纯钻井液控压钻进， 各工况下 均保持井底压力基本恒定， 得出不同工况下井口回 压与排量、 钻井液密度、 起下钻速度以及起下钻时 间的关系， 如图 ３～图 ６ 所示。 图 ３ 钻进时井口回压与排量的关系 Ｆｉｇ􀆱 ３ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ 图 ３ 是正常钻进时， 保持井底 ＥＣＤ 值为 １􀆱 ２６ ｇ／ ｃｍ３时井口回压与排量的关系。 从图可见， 在满 足正常井眼清洗所需排量的条件下， 井口回压随排 量的增大而减小。 排量增大， 井底压力随环空压耗 增大而增大， 故维持井底压力恒定所需的井口回压 相应减小。 图 ４ 井口回压与钻井液密度的关系 Ｆｉｇ􀆱 ４ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｕｄ ｗｅｉｇｈｔ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ 图 ５ 起下钻时井口回压与速度的关系 Ｆｉｇ􀆱 ５ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｒｉｐｐｉｎｇ 图 ６ 起下钻时井口回压与时间的关系 Ｆｉｇ􀆱 ６ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｒｉｐｐｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｕｒｉｎｇ ｔｒｉｐｐｉｎｇ 图 ４ 是排量 ２５ Ｌ／ ｓ、 保持井底 ＥＣＤ 为 １􀆱 ２６ ｇ／ ｃｍ３时， 钻进和接单根工况下井口回压与钻井液 密度的关系。 从图可见， 接单根和钻进工况下井口 回压都随钻井液密度的增大而减小。 由于环空压耗 远小于钻井液液柱压力， 故井口回压与钻井液密度 基本呈线性关系。 图 ５ 是保持井底 ＥＣＤ 值为 １􀆱 ２６ ｇ／ ｃｍ３时， 起 ６１ 石 油 机 械２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 １１ 期 下钻工况下井口回压与起下钻速度的关系。 从图可 见， 井口回压随起钻速度增大而增大； 下钻工况 下， 井口回压随下钻速度增大而减小。 图 ６ 是起下钻速度为 ０􀆱 ３ ｍ／ ｓ， 保持井底 ＥＣＤ 值为 １􀆱 ２６ ｇ／ ｃｍ３时， 井口回压随起下钻时间的变 化规律。 从图可见， 起下钻工况下的井口回压都随 着起下钻时间的延长而减小。 ７ 结 论 （１） 基于控压钻井的工艺技术原理以及钻井 工艺流程， 将钻井过程划分为若干工况， 根据流型 ＋过程＋工况的组合模式建立了控压钻井井口回压 计算模型。 （２） 基于圆管流量方程， 以赫⁃巴流体流变模 式为例， 精确计算了系统环空压耗。 结合稳态波动 压力理论， 推导赫⁃巴流变模式下的井下波动压力计 算方程。 通过实例对井口回压计算模型进行了验证， 结果表明， 计算误差较小， 能满足现场施工要求。 （３） 基于井口回压计算模型， 对实例井进行 模拟钻进， 进一步分析不同钻井参数对井口回压的 影响规律， 得出了不同工况下井口回压与排量、 钻 井液密度、 起下钻速度及时间的关系， 这对控压钻 井的安全实施具有重要的参考意义。 参 考 文 献 ［１］ 伊明， 陈若铭， 兰祖权， 等 􀆱 控压钻井系统研究 ［Ｊ］ 􀆱 石油钻采工艺， ２０１０， ３２ （增刊 １） ６９－７２􀆱 ［２］ 周英操， 崔猛， 查永进 􀆱 控压钻井技术探讨与展望 ［Ｊ］ 􀆱 石油钻探技术， ２００８， ３６ （４） １－４􀆱 ［３］ 刘伟， 蒋宏伟， 周英操， 等 􀆱 控压钻井装备及技术 研究进展 ［Ｊ］ 􀆱 石油机械， ２０１１， ３９ （９） ８－１２􀆱 ［４］ 蒋宏伟， 周英操， 赵庆， 等 􀆱 控压钻井关键技术研 究 ［Ｊ］ 􀆱 石油矿场机械， ２０１２， ４１ （１） １－５􀆱 ［５］ Ｇｏｄｈａｖｎ Ｊ Ｍ􀆱 Ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ⁃ｅｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＭＰＤ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ［Ｃ］ ∥ＳＰＥ／ ＩＡＤＣ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ􀆱 Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， ２００９􀆱 ［６］ 余金海， 孙宁， 崔龙连 􀆱 控压钻井环空水力模拟计 算 ［Ｊ］ 􀆱 石油钻采工艺， ２０１１， ３３ （４） １－５􀆱 ［７］ 杨雄文， 周英操， 方世良， 等 􀆱 控压钻井系统特性 分析与关键工艺实现方法 ［Ｊ］ 􀆱 石油机械， ２０１１， ３９ （１０） ３９－４４􀆱 ［８］ Ｆａｒｒｏｗ Ｆ Ｄ， Ｌｏｗｅ Ｇ Ｍ􀆱 ＸＸＩＩＩ Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｔｕｂｅｓ ［Ｊ］ 􀆱 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｉｎ⁃ ｓｔｉｔｕｔｅ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ， １９２３， １４ （１１） ４１４－４４０􀆱 ［９］ Ｋｅｌｅｓｓｉｄｉｓ Ｖ Ｃ， Ｍａｇｌｉｏｎｅ Ｒ， Ｔｓａｍａｎｔａｋｉ Ｃ， ｅｔ ａｌ􀆱 Ｏｐ⁃ ｔｉｍａｌ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｆｏｒ Ｈｅｒｓｃ⁃ ｈｅｌ⁃ｂｕｌｋｌｅｙ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄｓ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ， ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ａｎｄ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ［Ｊ］ 􀆱 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００６， ５３ （３） ２０３－２２４􀆱 ［１０］ 樊洪海， 冯广庆， 王果， 等 􀆱 一种新的流变模式及 其应用性评价 ［Ｊ］ 􀆱 中国石油大学学报 自然科 学版， ２０１０， ３４ （５） ８９－９３， ９９􀆱 ［１１］ 周长虹， 崔茂荣， 黄雪静， 等 􀆱 钻井液常用流变模 式及其 优 选 方 法 ［ Ｊ］ 􀆱 中 国 科 技 信 息， ２００５ （２２） ８６－８７􀆱 ［１２］ 樊洪海 􀆱 实用钻井流体力学 ［Ｍ］ 􀆱 北京 石油工 业出版社， ２０１４􀆱 ［１３］ Ｚｈｏｕ Ｈａｏｂｏ， Ｆａｎ Ｈｏｎｇｈａｉ􀆱 Ａ ｎｅｗ ｕｔｉｌｉｔｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａｘｉａｌ ｆｌｏｗ ｏｆ ｎｏｎ⁃ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｉｎ ｃｏｎｃｅｎ⁃ ｔｒｉｃ ａｎｎｕｌｉ ［Ｊ］ 􀆱 Ｔｈｅ Ｃａｎａｄｉａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１４， ９１ （５） ９４５－９５２􀆱 ［１４］ 周开吉， 杨金华， 钟兵， 等 􀆱 井内波动压力［Ｊ］ 􀆱 石油钻采工艺， １９９０ （２） １－１０􀆱 ［１５］ 樊洪海， 刘希圣 􀆱 赫谢尔⁃巴尔克莱液体直井稳态 波动压力计算模式 ［Ｊ］ 􀆱 石油钻探技术， １９９４， ２２ （１） ５１－５３􀆱 ［１６］ 郭宇健， 李根生， 宋先知， 等 􀆱 基于四参数流变模 式的钻井液稳态波动压力计算 ［Ｊ］ 􀆱 钻采工艺， ２０１４， ３７ （５） １－４􀆱 ［１７］ 汪海阁， 苏义脑 􀆱 管柱运动过程中钻井液粘附系 数计算 ［Ｊ］ 􀆱 钻采工艺， １９９６， １９ （６） ６４－６６􀆱 第一作者简介 赖敏斌， 生于 １９９０ 年， 中国石油大学 （北京） 在读硕士研究生， 主要研究方向为油气井流体力 学与控压钻井技术。 地址（１０２２４９） 北京市昌平区。 Ｅ⁃ ｍａｉｌ２９５００９０５５＠ ｑｑ􀆱 ｃｏｍ。 收稿日期 ２０１５－０５－２０ （本文编辑 丁莉萍） 􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅 􀤅􀤅􀤅􀤅 􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅􀤅 􀤅􀤅􀤅􀤅􀦅 􀦅 􀦅 􀦅 奉 献 清 洁 能 源 ， 共 创 世 纪 蓝 天 ７１２０１５ 年 第 ４３ 卷 第 １１ 期赖敏斌等 井底恒压控压钻井井口回压分析研究