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油田钻井中环空气体携水机理分析

在气体钻井过程中,如果地层出水,则极易导致携岩规律复杂化、注气量增加、泥包钻头、井壁失稳等井下复杂情况出现。为保证气体钻井顺利进行,必须把地层水携带出井口,使井底无法积累地层水。由于越到井底地层压力越大,气体被压缩的越厉害,在注气量一定的情况下,通过环空截面的气体质量流量一定,因此越到井底,气体的流速越慢,只要保证井底气液两相流流态为环状流或雾状流,井底就不会产生积液。通过现场经验及实验表明,环状流与雾状流是气体携水的有效流型。在井底关节处,当气液两相流的流型由于地层出水量过大转变为搅动流时,地层水不能被顺利地带出井口,这时气体钻井就会失效,必须转化为泡沫钻井。

在环空中形成环状流时,部分液体在环空内表面形成液膜,其余液体以液滴的形式弥散在气芯中,气芯与液膜之间存在一个很明显的波浪状凹凸分界面。环空中气体的速度远远大于液膜中液体的速度,在气流的搅动下,波浪状分界面的凸出部分会被气流撕裂进入气芯形成液滴;同时由于气流的搅动作用,气芯内部会产生横向脉动,促使气芯中的液滴进入液膜当中。在平衡状态下,从液膜中分散出去的液滴与液滴进入液膜的量是相等的。随着气体速度的增大,气核中的液滴含量也增大,最终液膜消失,液相完全以液滴的形式分散在气相中,转换成雾状流。

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