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[摘 要]建立了适合小井眼循环压耗理论计算模型，分析了钻柱旋转、钻柱偏心、井温等对循环压耗的影响。通过对这些影响因素的分析与研究，确定循环压耗计算考虑这些因素的必要性，将所建立的模型和传统方法的计算结果与实测数据比較表明，该模型具有较高的精度，能够满足现场小井眼水力参数设计、现场分析和指导施工作业。
[关键词]管内压耗 循环压耗 流变性 流态模式 理论计算模型
中图分类号：TE246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0012-01
5"套管开窗侧钻属于小井眼钻井，其循环压耗受钻柱偏心、环空间隙小、井温等多种因素的影响。环空压耗占循环压耗的比例较常规井大很多，一般占30%以上，钻杆接头对环空压耗的影响也较常规井更为突出。另外，对于深层小井眼侧钻井，井温也影响着钻井液性能的变化，从而间接影响循环泵压。为准确计算小井眼循环压耗需要考虑钻柱偏心、钻柱旋转、钻具接头和温度压力等因素的影响，国内外对钻柱偏心、钻柱旋转和钻具接头对循环压耗的影响进行了大量的研究，取得了一系列的成果。
一、小井眼循环压耗理论计算模型的建立
目前，建立小井眼循环压耗计算模式有两种途径：一是基于复杂的三维数值计算和试验结果而建立一个全新的压耗计算模型；二是利用常规井眼压耗计算模式作基础，把影响小井眼循环压耗的主要因素添加进来。笔者主要采用第二种方法，同时针对层流情况，利用方法一建立了赫-巴流变模式的循环压耗计算模型。
利用回归分析方法对钻井液的流态模式进行判别，在常规井眼下，对宾汉流体、幂律流体、赫-巴流体三种流体模式分别建立在层流流态时的管内压耗计算模型、环空压耗计算模型，紊流流态时的管内压耗计算模型、环空压耗计算模型，结合Cartalos等人的研究成果，利用旋转因子、偏心因子对常规井眼中的管内及环空压耗模型进行修正，然后利用钻柱接头、温度、压力对循环压耗的影响因子，进一步修正常规井眼下的循环压耗计算模型。从而得到深层小井眼开窗侧钻井的压耗计算理论模型：。式中：—常规井眼下的循环压耗；Ft—考虑钻柱旋转时的旋转因子；R—考虑钻柱偏心时的偏心因子；Fcon—考虑钻柱接头对循环压耗的影响；—考虑温度、压力后的循环压降。
二、小井眼循环压耗的影响因素
根据上述小井眼循环压耗理论模型，钻柱旋转、钻柱偏心、钻柱接头、井温等因素对循环压耗的影响较大，进一步探讨分析这些因素的对循环压耗的影响。
1、钻柱旋转对循环压耗的影响
对于小井眼开窗侧钻井，由于环空间隙小，钻具旋转必然带动其周围钻井液一起旋转。在离心力的作用下，旋转的流体由钻具处被甩向井壁。流体在井壁受阻后又返回，以填充钻具附近的空隙，形成所谓的泰勒旋涡次生流，要消耗一部分能量。同时，钻井液在环空上返时，与泰勒旋涡次生流合在一起，使钻井液在环空呈螺旋状上返，称库艾特效应，增加了上返路程，使环空压耗略有增加。根据理论压耗计算模型计算得出，钻柱转速对管内压耗无影响，仅仅是影响环空压耗及循环总压耗，在偏心度为0时即同轴的情况下，无论转速多大，环空压耗及循环总压耗数值不变，钻柱旋转对循环压耗基本无影响，工程上可以忽略，而当钻柱偏心弯曲且钻柱转速在40r/min以上时，钻柱旋转对循环压耗才产生影响。偏心度为0.5或者1时，转速每增加40转，压耗增加0.01MPa，当转速达到160r/min以后，环空压耗及总压耗有下降趋势，且随转速继续增加，压耗下降幅度增大，实际上现场钻柱转速不可能达到这一数值，所以根据现场实际，钻柱偏心弯曲，随着转速的增加，循环总压耗略有增加，钻柱旋转转速60r/min，偏心度1.0，压耗误差仅2.2%。
2、钻柱偏心对循环压耗的影响
根据不同排量钻柱偏心对循环压耗的影响可知钻具偏心度越大，循环总压耗值越偏低，下降幅度略有增大，当偏心度为1即钻具完全偏心时，下降幅度最大，为2.9%，偏心度对循环总压耗略有影响。图1为排量5L/s、6L/s、7L/s时管内循环总压耗随钻柱偏心的变化规律。从图中可以看出，随着偏心度的升高，管内压耗不变，环空压耗及循环总压耗均呈下降趋势，环空压耗在偏心度E≤0.6时，偏心度每增加0.15，压耗下降为2%～3%；偏心度E>0.6时下降幅度较为平缓，而循环总压耗随着偏心度的增加，下降幅度不是很明显，平均偏心度每增加0.15，压耗下降为1%以下。
3、井温对循环压耗的影响
随着井的深度不同，温度不同。井底温度越高，循环总压耗值越低，下降幅度也越大，当温度为100℃时，考虑温度后的循环总压耗值较不考虑温度时的循环总压耗值下降10.3%；当温度为150℃時，循环总压耗值下降19.5%；当温度为160℃时，循环总压耗值下降20.9%；当温度为170℃时，循环总压耗值更是下降达到22.4%；因而温度对循环压耗的分布影响是不可忽略的，在考虑温度下的循环压耗计算结果才能更贴近实际。
三、计算分析现场验证效果
为了能够验证这些因素对循环压耗的影响大小分析的准确性，利用文234-侧8、文123-侧15、文33-侧37等井的现场数据进行了验证，结果见图2。
由图可以看出，在采用2″API标准钻杆时：
①排量增加，钻具内压耗增速大于环空压耗增速，钻具内压耗迅速增加，环空压耗缓慢增加。排量由5.5L/s增至8.5L/s，钻具内压耗占总压耗的比例由61.67%增加到71.8%。环空压耗所占比例明显高于常规井眼：25.53-38.17%因此，钻具内压耗仍然占循环压耗的大部分；
②钻头喷嘴压力降很小，可以忽略不计（2.14-2.66%）。
四、结论
1、钻柱旋转、钻柱偏心、钻柱接头、井温是影响深井小井眼循环压耗的敏感因素，在循环压耗计算理论模型的基础上，重点考虑钻柱的旋转、偏心、接头和温度对模型的修正。
2、通过循环压耗的影响规律的分析，为降低深层小井眼的循环压耗压耗提供了理论依据。
3、本文是独立分析了各种因素对循环压耗的影响，但是，实际几乎不可能将某个影响因素的影响从其他因素中独立出来，相反，各种因素都是相互作用的。因此，要真正考虑它们的相互作用还有待于进一步探讨。
参考文献
[1] 宋洵成，王根成，管志川，邹德永，等.小井眼环空循环压耗预测系统方法[J].石油钻探技术，2004，6：11-12.
[2] 龙芝辉，汪志明，郭晓乐，等.钻井循环压耗计算修正系数方法及应用[J].天然气工业，2005，7：66-69.
[3] 郭元恒，张进双.元坝1-侧1井超深水平井眼侧钻井技术[J].石油钻探技术，2010，38（6）：113-115.
[关键词]管内压耗 循环压耗 流变性 流态模式 理论计算模型
中图分类号：TE246 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0012-01
5"套管开窗侧钻属于小井眼钻井，其循环压耗受钻柱偏心、环空间隙小、井温等多种因素的影响。环空压耗占循环压耗的比例较常规井大很多，一般占30%以上，钻杆接头对环空压耗的影响也较常规井更为突出。另外，对于深层小井眼侧钻井，井温也影响着钻井液性能的变化，从而间接影响循环泵压。为准确计算小井眼循环压耗需要考虑钻柱偏心、钻柱旋转、钻具接头和温度压力等因素的影响，国内外对钻柱偏心、钻柱旋转和钻具接头对循环压耗的影响进行了大量的研究，取得了一系列的成果。
一、小井眼循环压耗理论计算模型的建立
目前，建立小井眼循环压耗计算模式有两种途径：一是基于复杂的三维数值计算和试验结果而建立一个全新的压耗计算模型；二是利用常规井眼压耗计算模式作基础，把影响小井眼循环压耗的主要因素添加进来。笔者主要采用第二种方法，同时针对层流情况，利用方法一建立了赫-巴流变模式的循环压耗计算模型。
利用回归分析方法对钻井液的流态模式进行判别，在常规井眼下，对宾汉流体、幂律流体、赫-巴流体三种流体模式分别建立在层流流态时的管内压耗计算模型、环空压耗计算模型，紊流流态时的管内压耗计算模型、环空压耗计算模型，结合Cartalos等人的研究成果，利用旋转因子、偏心因子对常规井眼中的管内及环空压耗模型进行修正，然后利用钻柱接头、温度、压力对循环压耗的影响因子，进一步修正常规井眼下的循环压耗计算模型。从而得到深层小井眼开窗侧钻井的压耗计算理论模型：。式中：—常规井眼下的循环压耗；Ft—考虑钻柱旋转时的旋转因子；R—考虑钻柱偏心时的偏心因子；Fcon—考虑钻柱接头对循环压耗的影响；—考虑温度、压力后的循环压降。
二、小井眼循环压耗的影响因素
根据上述小井眼循环压耗理论模型，钻柱旋转、钻柱偏心、钻柱接头、井温等因素对循环压耗的影响较大，进一步探讨分析这些因素的对循环压耗的影响。
1、钻柱旋转对循环压耗的影响
对于小井眼开窗侧钻井，由于环空间隙小，钻具旋转必然带动其周围钻井液一起旋转。在离心力的作用下，旋转的流体由钻具处被甩向井壁。流体在井壁受阻后又返回，以填充钻具附近的空隙，形成所谓的泰勒旋涡次生流，要消耗一部分能量。同时，钻井液在环空上返时，与泰勒旋涡次生流合在一起，使钻井液在环空呈螺旋状上返，称库艾特效应，增加了上返路程，使环空压耗略有增加。根据理论压耗计算模型计算得出，钻柱转速对管内压耗无影响，仅仅是影响环空压耗及循环总压耗，在偏心度为0时即同轴的情况下，无论转速多大，环空压耗及循环总压耗数值不变，钻柱旋转对循环压耗基本无影响，工程上可以忽略，而当钻柱偏心弯曲且钻柱转速在40r/min以上时，钻柱旋转对循环压耗才产生影响。偏心度为0.5或者1时，转速每增加40转，压耗增加0.01MPa，当转速达到160r/min以后，环空压耗及总压耗有下降趋势，且随转速继续增加，压耗下降幅度增大，实际上现场钻柱转速不可能达到这一数值，所以根据现场实际，钻柱偏心弯曲，随着转速的增加，循环总压耗略有增加，钻柱旋转转速60r/min，偏心度1.0，压耗误差仅2.2%。
2、钻柱偏心对循环压耗的影响
根据不同排量钻柱偏心对循环压耗的影响可知钻具偏心度越大，循环总压耗值越偏低，下降幅度略有增大，当偏心度为1即钻具完全偏心时，下降幅度最大，为2.9%，偏心度对循环总压耗略有影响。图1为排量5L/s、6L/s、7L/s时管内循环总压耗随钻柱偏心的变化规律。从图中可以看出，随着偏心度的升高，管内压耗不变，环空压耗及循环总压耗均呈下降趋势，环空压耗在偏心度E≤0.6时，偏心度每增加0.15，压耗下降为2%～3%；偏心度E>0.6时下降幅度较为平缓，而循环总压耗随着偏心度的增加，下降幅度不是很明显，平均偏心度每增加0.15，压耗下降为1%以下。
3、井温对循环压耗的影响
随着井的深度不同，温度不同。井底温度越高，循环总压耗值越低，下降幅度也越大，当温度为100℃时，考虑温度后的循环总压耗值较不考虑温度时的循环总压耗值下降10.3%；当温度为150℃時，循环总压耗值下降19.5%；当温度为160℃时，循环总压耗值下降20.9%；当温度为170℃时，循环总压耗值更是下降达到22.4%；因而温度对循环压耗的分布影响是不可忽略的，在考虑温度下的循环压耗计算结果才能更贴近实际。
三、计算分析现场验证效果
为了能够验证这些因素对循环压耗的影响大小分析的准确性，利用文234-侧8、文123-侧15、文33-侧37等井的现场数据进行了验证，结果见图2。
由图可以看出，在采用2″API标准钻杆时：
①排量增加，钻具内压耗增速大于环空压耗增速，钻具内压耗迅速增加，环空压耗缓慢增加。排量由5.5L/s增至8.5L/s，钻具内压耗占总压耗的比例由61.67%增加到71.8%。环空压耗所占比例明显高于常规井眼：25.53-38.17%因此，钻具内压耗仍然占循环压耗的大部分；
②钻头喷嘴压力降很小，可以忽略不计（2.14-2.66%）。
四、结论
1、钻柱旋转、钻柱偏心、钻柱接头、井温是影响深井小井眼循环压耗的敏感因素，在循环压耗计算理论模型的基础上，重点考虑钻柱的旋转、偏心、接头和温度对模型的修正。
2、通过循环压耗的影响规律的分析，为降低深层小井眼的循环压耗压耗提供了理论依据。
3、本文是独立分析了各种因素对循环压耗的影响，但是，实际几乎不可能将某个影响因素的影响从其他因素中独立出来，相反，各种因素都是相互作用的。因此，要真正考虑它们的相互作用还有待于进一步探讨。
参考文献
[1] 宋洵成，王根成，管志川，邹德永，等.小井眼环空循环压耗预测系统方法[J].石油钻探技术，2004，6：11-12.
[2] 龙芝辉，汪志明，郭晓乐，等.钻井循环压耗计算修正系数方法及应用[J].天然气工业，2005，7：66-69.
[3] 郭元恒，张进双.元坝1-侧1井超深水平井眼侧钻井技术[J].石油钻探技术，2010，38（6）：113-115.