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在我国含硫、高含硫气藏约占气层气总资源的25%。在高含硫地质环境钻井作业中,硫化氢气侵或溢流给安全钻井带来极大的挑战。在过平衡钻井时井底压差的合理确定是关系到井筒压力有效控制及安全钻井的关键性问题之一。含硫天然气钻井普遍采用超平衡钻井技术,压差值的确定主要依据钻井液性能、起钻操作要求、天然气在钻井液中的运移规律等,研究井底压差的影响因素,分析它们的影响规律显得尤为重要,并具有现实意义。 本文阐述了硫化氢成因及含硫地质环境的特点,分析了含硫地质环境对安全钻井的影响和危害。针对硫化氢的特殊物性,本文研究了硫化氢组分、气体偏差因子、硫化氢粘度等重要的物性参数,分析了硫化氢对天然气拟对比压力、拟对比温度、密度、粘度的影响,在此基础上,运用气液两相流的原理和方法,建立了硫化氢气侵时环空气液两相流流动模型,用来分析和研究硫化氢气侵时井底压力和井筒压力的特征及变化规律。基于Matlab6.5编制了相应的计算机软件,并用实例井的数据和参数对本文的分析模型进行了验证。 运用本文所建立的模型对气侵时存在硫化氢和不存在硫化氢的两种情况进行了模拟、分析和比较,结果表明有硫化氢存在时的井底压力,比相应条件下不存在硫化氢的井底压力小。本文还较系统深入地分析了气侵时钻井液密度、钻井液粘度、井口回压、排量、井底气侵速率等重要的参数对井底压力的影响规律,研究的结果表明钻井液密度和井口回压对井底压力影响最大,气侵速率影响次之,钻井液粘度和排量的影响相对较小。钻井作业的工况对井底压力和井筒流动压力具有明显的影响,本文重点分析了停钻循环、起下钻速度及波动压力等对井底压力的影响。 按照国内行业标准,钻井液安全附加压力值主要考虑到了起钻时的抽汲压力和起钻未灌钻井液间隙钻井液静压力的降低值,为了预防溢流,就必须在平衡地层压力所需的钻井液密度的基础上再增加一个附加压力,这个附加压力应能平衡抽汲压力等,得到合理、安全的井底压差。通过本文的分析和研究,建议在确定钻井液附加密度时,应充分考虑硫化氢气侵对井底压力和井筒动压的影响规律,这样的结果会更加合理。