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在气体钻井过程中,可能因为地层产气、地层出水或施工不当等因素造成井壁失稳从而导致环空堵塞,堵塞后由于注气或产气引起环空压力集聚。当压力集聚一定程度后,高压气体冲破岩屑堵塞段形成高速气流并携带岩屑流动到井口,对井口造成冲击和冲蚀。因此为确保井口的安全,需要获知此类情况井口受到的冲击力和冲蚀速度。本文针对气体钻井的这种特殊工况下的安全问题展开了以下研究并取得了一定的认识:(1)将地层渗流模型、产气模型、状态方程以及达西公式耦合,建立了井底压力的计算模型。通过模型计算,得出在环空堵塞后,堵塞段下部空间的压力随时间的变化规律:在堵塞刚发生时井底压力上升速度较快,随着时间的增加,井底压力上升速度减缓,当地层产气量与堵塞段流如气量相等时压力平稳。(2)采用实验手段,研究了压力冲破岩屑瞬间的稠密度气固两相流动规律。通过实验数据定量分析了憋堵压力、憋堵岩屑质量与岩屑速度的关系;随着憋堵压力的上升,岩屑颗粒速度近似成线性增加;随着岩屑颗粒总质量的增加,岩屑的速度降低。(3)通过仿真求解,研究了在压力突破后,高压高速气固两相流从井底流动至井口的流动规律,得出憋堵压力与流动速度的规律。建立了四通井口和安装旋转防喷器的井口的仿真模型,对比了高压高速气固两相流在两种井口流动的流场,发现在相同情况下,四通处的流速和压力均小于旋转防喷器。通过改变边界条件,分析出了随着井底压力上升时四通的受力增加明显旋转防喷器。(4)研究建立了根据地层情况、工程情况计算井口受力的计算方法,为堵塞后的安全施工提供了理论依据。建议在本文基础上,定量研究解堵压力,为现场卡钻后的解堵提供指导意义。