深层页岩气水平井钻进中井筒-地层瞬态传热模型

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135 ℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域——钻柱内流体、钻柱壁、环空流体及近井壁地层在径向与轴向传热机理,建立了井筒-地层瞬态传热模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了各敏感因素对井筒温度的影响。研究表明:页岩气水平井流体循环初期环空流体温度高于原始地层温度;增加循环时间、流体比热容与密度、降低入口温度可以降低井底温度;排量过高引起摩阻生热,使得井筒温度非降反升;通过地面降温装置降低入口温度能抵消水平段延伸产生的热量,增加水平段钻进距离;结合Y101H26-1井数据,当入口温度为35、65 ℃,对应钻进井深分别为5 650、5 250 m时,不超过旋转导向工具服役环境温度,计算误差在3%以内。该研究成果可避免井筒降温技术应用的盲目性和低效性。     

深水钻井井筒全瞬态传热特征

深水钻井作业期间的井筒温度是深水钻井设计和安全钻井的重要基础数据。基于深水钻井液循环时井筒与地层和海水的传热机理,建立了全瞬态深水钻井液循环温度计算模型,模型与Holmes实验井实测温度吻合程度较高。利用一口深水模拟井数据,分析了水深、水温、隔水管保温层等因素对钻井液循环温度的影响。研究表明,深水井筒温度随井深变化幅度小,一般不超过30℃;水深相差500 m时,一般会使井底温度相差约5℃,但基本不影响钻井液出口温度;隔水管保温层对井筒温度影响大,而季节变化对深水钻井液的循环温度基本没有影响。     

钻井全过程井筒-地层瞬态传热模型

井筒-地层温度是影响井筒压力控制、井壁稳定性预测、井下动力钻具与测量设备优选的关键因素之一。基于钻井液循环和停止循环期间井筒-地层各单元控制组件能量交换机理,建立了实际钻具组合与井身结构条件下循环和停止循环期间井筒-地层传热耦合数值模型。结合1口深井基础数据,分析了循环与停止循环期间井下温度分布规律。研究表明：套管下深长度对井筒温度影响较大,在套管段随着循环和停止循环时间增加,环空温度几乎不变,而在裸眼段随着循环时间增加环空温度降低,随着停止循环时间增加环空温度逐渐升高;循环期间钻井液对地层温度的扰动距离为2.8m,而停止循环期间扰动距离为4.6m。     

深水压井井筒瞬态传热及复杂流动行为研究

在深水压井循环期间,随着压井液的循环,井筒瞬态温度场不断变化,导致环空多相流动行为变化复杂,进而影响压井过程中的井筒压力分布.为快速准确地预测深水压井过程中不同循环时间和压井排量下的井筒瞬态温度分布,基于能量守恒原理,综合考虑压井液、钻杆、环空、地层、海水以及隔水管之间的热传递,建立了深水压井过程中井筒瞬态温度场解析模...     

旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究

为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其表观黏度的单峰分布特性,使得螺旋流场减弱了流体质点在各方向上的随机脉动趋势,并增强了流场旋流的整体趋势。该项研究成果对于钻柱内考虑旋转效应流场钻井液流动的深入研究具有指导意义。     

钻井液流动对钻柱弯曲的影响

本文认为钻井液流动对钻柱弯曲的影响是一个新因素,并从钻井液流动的实质出发,对钻柱弯曲问题进行了讨论。其结论是:(1)循环钻井液使钻柱上存在一个零轴向应变截面,该面以上受弯曲应力作用,以下受稳定力作用。(2)循环钻井液是不可能导致钻柱弯曲的,只有增加或减少其弯曲的程度.     

泡沫钻井液在井筒中的流动与传热

针对泡沫钻井液特殊物理性质,建立了泡沫在井筒中流动与传热的数学模型,并给出了模型求解方法。为了分析传热对泡沫钻井水力参数的影响,采用建立的数学模型和给出的求解方法进行的数值计算结果表明：钻杆内泡沫温度始终低于环空内泡沫温度和地层温度,而环空下部泡沫温度低于地层温度,在环空上部泡沫温度高于地层温度。随着井深、注液流量和注气流量的增加,环空下部泡沫温度与地层偏差增大。传热使井口泡沫质量增大、井底泡沫质量减小、井底压力增大、最小携岩流速减小、最小注气流量增大,降低了泡沫的稳定性和携岩能力。另外,对泡沫的密度、Fanning摩擦系数也有一定的影响;井筒传热对泡沫钻井水力参数有一定的影响,但不是很明显,可通过增加注气流量和井口回压来抵消传热对泡沫钻井水力参数的影响。     

一个改进的井筒温度模型

在气井的试井过程中,由于井筒流体向地层散热,使得流体温度发生改变。在某些气井中,在关井阶段出现流体温度先上升后下降的情况。常规气井解释方法没有考虑温度变化的影响,无法正确解释此类异常现象。对Hasan提出的井筒温度模型进行改进,考虑了焦耳—汤姆逊效应引起的温度变化,使得该模型能够预测并计算井温变化情况。     

钻井液的静止和流动对钻柱弯曲的影响

本文从钻井液流动与静止的根本原因出发，分别讨论了二向应力和三向应力作用下，钻井液的流动与静止对钻柱弯曲的影响，并由此而推导出钻井液流动导致钻柱失稳弯曲的临界泵压，及一些具有普遍意义的结论。     

电加热气举井井筒瞬态换热模型及其应用

电加热是高凝油藏井筒降黏的重要手段,在环空流体流动的情况下无法利用常规井筒静态换热模型优化电加热参数和加热周期。采用漂移模型描述井筒中的气液两相流动、在Hasan-Kabir模型的基础上考虑电缆换热和环空注入气体换热的影响,建立了多热源条件下的井筒瞬态换热模型。对电加热气举井优化分析表明,该模型可以预测不同加热周期、不同注气参数情况下的井筒、环空内的温度、压力、持液率等参数的瞬态变化,不但可以用于周期性电加热油井,也可以用于其他多热源、多相流动的油井。     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型

利用流体力学的质量守恒方程、动量守恒方程和地层的渗流力学方程,建立了欠平衡钻井油气藏与井筒耦合流动模型,并利用有限差分方法对模型进行了求解.所建立的欠平衡钻井油气藏与井筒耦合模型能模拟主要油气藏类型欠平衡钻井过程中油气藏流体与井筒内流体的耦合流动,模拟地层油、气的流入对井底压力的影响.欠平衡钻井过程中,不同类型油气藏和井筒流体耦合流动时地层油/气进入动态不同,地层油/气的进入对井底压力的影响规律也有很大区别.计算结果表明地层油/气的流入可以使井底压力下降0.03～2.50 Mpa,因此在欠平衡钻井设计中,应充分考虑产层段油/气流入对井底压力的影响.     

考虑地层非稳态传热的井筒流体温度预测简化模型

井筒流体温度分布是进行油气井测试分析、生产优化设计及工况分析的重要基础,然而严格的温度 预测理论模型因过于复杂且依赖于部分无法准确给定的数据而难以应用。基于前人的研究,建立了考虑 地层非稳态传热的井筒流体温度预测简化模型,该模型可避免因难以计算总传热系数而无法确定井筒流 体温度的问题。实例表明,考虑地层非稳态传热的井筒流体温度预测模型能较好地预测不同生产时间井 筒流体温度的变化以及井筒流体温度达到稳定时所需的时间。     

热管改善油井井筒流体温度分布的理论研究

为了寻求经济节能的改善热敏感性原油井筒流动特性的工艺技术,基于两相闭式热虹吸管工作原理,提出了利用热管改善井筒流体温度分布剖面的方法.结合井筒传热模型及耦合热管传热理论建立了热管井井筒温度分布计算理论模型,利用该模型分析论证了热管改善井筒流体温度分布的原理及技术可行性.现场试验及理论研究结果表明:在不消耗额外能量的前提下,利用热管可以实现利用深部流体自身部分能量提高井筒上部流体的温度,进而改善井筒温度分布剖面.     

注汽过程井筒传热及热损失计算方法研究

运用传热学、热力学及流体力学等学科知识，对井筒传热过程进行了分析，在此基础上建立了井筒传热综合分析模型，确定了求解方法，编制了计算软件，并进行了实际计算。这一研究成果对优化井筒结构、降低井筒热损失研究，具有指导意义。     

杆式支撑换热器传热与流阻性能的实验研究

为研究杆式支撑换热器的传热和流阻性能,设计制造了壳程为空气、管程为水蒸气且可变结构参数的流体流动和传热性能热模实验装置。分别在单排、双排管间布杆,不同折流栅间距,以及层流状态(Re≤2300)、湍流状态(Re>2300)下测量了多组实验数据。应用多元线性回归分析将实验数据做回归处理,得出不同状态下传热准数和流动阻力准数关系式,为换热器的工程设计提供了理论依据。     

液态CO_2驱油井筒注入的工程传热计算

CO2驱油提高油田采收率（EOR）是三次采油的重要手段之一。注入液态CO2温度随着地层深度的变化而变化,国内还没有对液态CO2注入过程的温度进行过定量的数值计算。通过建立井筒传热模型,进行传热过程分析,并利用便捷的数学处理方法,进行数值计算,研究了液态CO2在井筒中的温度变化规律。