钻井过程中钻井液循环温度数值模拟

准确的预测钻井液循环温度对钻井作业安全、快速钻进具有十分重要意义。文章根据热力学第一定律及传热学的基本原理,考虑了钻井液传热受流动影响,建立了钻井液与地层之间的二维非稳态循环温度数学模型,模型通过优选钻井液流变模式,精确计算钻井液流变参数,并采用无条件稳定的全隐式有限差分法求得模型的数值解,提高了预测精度。最后用现场实测数据与模型计算数据进行了对比分析,验证了该模型的可行性和准确性。该模型可用于计算实际循环条件下的管柱内钻井液、管壁、环空钻井液与地层的温度分布,为准确预测钻井安全密度窗口和钻井液设计提供基础数据。     

南堡潜山高温油气藏井下循环温度的数值模拟

南堡潜山油气藏属高温油气藏,井下高温给钻井液、水泥浆、井下工具等带来了一系列的问题,因此,准确确定钻井作业时井内循环温度的分布和变化规律,对钻井和完井工程具有极其重要的意义。文中从能量守恒定律出发,结合传热学和流体力学的基本原理,考虑高温高压对钻井液密度的影响,运用Presmod温度模拟软件,确定了适用南堡潜山高温油气藏的井下循环温度预测方法。该方法可以分析钻井施工参数、流体物性和外界环境对井筒温度的影响,应用实测的井筒温度对模型预测结果进行了验证。结果表明,该方法的井温预测精度能较好地满足油田高温井的设计及施工要求。     

应用数值模拟软件探究动滤失影响因素

利用数值模拟软件,模拟地层条件下钻井过程中的钻井液动滤失情况,研究了滤失时间、滤液黏度、压差、内泥饼渗透率、外泥饼渗透率对滤失量的影响。模拟结果表明,当地层渗透率为100 mD,外泥饼渗透率小于0.01 mD时,90%以上的压力被外泥饼消耗,外泥饼是控制滤失量的主要因素;当外泥饼渗透率大于0.1 mD时,外泥饼消耗的压力低于总压差的55%,内泥饼及原始地层的渗透率对钻井液的动滤失也有较大的影响。在模拟条件下,压力很快会传递到地层边界,随着时间的变化,地层中相同位置的地层压力逐渐增加,但增加的幅度很小,滤失速率基本为一定值。从模拟结果可以看出,滤失量与滤失时间、压差成正比,与钻井液滤液黏度成反比,同时,滤失量随着外泥饼渗透率的增加而增加,但2者不呈线性关系。      

高凝油油藏冷伤害特征数值模拟

针对目前对高凝油油藏注水开发的冷伤害还认识不清的现状,建立了高凝油油藏孔隙中各相组成的物理模型,引入了高凝油析蜡控制方程,结合油水两相渗流数学模型和油藏温度场数学模型,构成了描述高凝油油藏注冷水开发过程中的多场耦合数学模型,并进行了数值求解。结果表明,注水30 h,距离注水井50 m油层内各处的注水后渗透率和原始渗透率的比值都接近0.85;从开始注水到注水30 h,注水井井壁处的注水后渗透率和原始渗透率的比值都恒为0.87;注水5 h到注水30 h,冷伤害范围从距注水井15 m延伸至距注水井93 m。高凝油油藏冷伤害特征的数值模拟结果,可为高凝油油藏的合理开发提供理论依据。      

漏失循环条件下井筒温度预测与漏层位置判断

针对发生井漏时井筒流体温度预测准确度低和漏层位置判断难度大的问题,在分析漏失循环条件下井筒传热规律的基础上,综合考虑热源项和变质量流动对井筒温度的影响,建立了漏失循环条件下直井井筒温度场模型,利用现场实测数据验证了模型的可靠性,分析了漏失速率和漏失层位对井筒温度分布规律的影响。数值模拟结果表明,与Chen模型相比,所建模型的温度计算结果更接近于实测温度,平均相对误差为2.1%;漏失循环条件下,漏失速率对井底流体温度的影响明显大于其对井口流体温度的影响;此外,漏失发生在上部裸眼井段时,环空流体温度梯度分布曲线上均有一个拐点,且拐点位置与漏层位置一致。研究结果表明,所建模型可以准确预测漏失循环条件下直井井筒中的温度分布,现场可根据环空温度梯度分布曲线判断漏层位置。      

井眼循环温度分布规律

结合实际运用分析各种井内温度确定方法,并根据能量守恒的原理,结合传热学和流体力学的基本原理,建立了相应的井眼内温度数学模型和确定任意时刻、井深处的钻具内和环空中的温度值的计算公式。     

数值模拟分层注水技术研究

利用虚拟井技术实现在数值模拟中表征注水井分层注水工艺，数值模拟注水结果接近实际，该技术的研制成功，提高了数值模拟历史拟合速度与精度，并且实现了利用数值模拟进行注水井调整方案的优化，扩大了多学科油藏研究的应用范围。     

多因素影响的泡沫驱数值模拟方法

基于泡沫封堵规律实验结果和质量守恒定律,建立了综合考虑多孔介质渗透率、发泡剂质量浓度、泡沫干度、油藏温度、含油饱和度、含水饱和度以及渗流速度等多因素影响的泡沫驱数学模型。采用IMPES和Runge-Kutta方法对模型进行了求解和验证。利用数值模拟方法研究了泡沫封堵特性和泡沫驱开发效果影响因素的敏感性。研究结果表明：随着转驱时机的推迟,最终采收率先小幅升高后迅速降低;随着泡沫干度增加,最终采收率先增加后降低,泡沫干度为50%~67%时的驱替效果最佳;随着发泡剂质量浓度增加,最终采收率先迅速增加后趋于稳定;随着注入速度增加,最终采收率先增加后降低;各因素对泡沫驱最终采收率影响程度大小为：发泡剂质量浓度>注入速度>泡沫干度≈转驱时机。由于该数学模型考虑了众多与实体油藏相关的参数,所以该模拟方法可以更容易、有效地应用于指导泡沫驱矿场试验方案的制定。     

水平井分段压裂产能影响因素研究

水平井压裂是开发特殊和难动用储量的重要技术手段,在油气田开发过程中得到了越来越广泛的应用。以矩形油藏中压裂水平井为研究对象,在水平井压裂不同裂缝形态的基础上,建立了油藏与裂缝的物理模型和数学模型,并对其进行了差分求解、编程。分析了裂缝长度、数量、间距和不均匀分布等因素对产能的影响,绘制了各个因素取最佳参数时的地层压力分布等高线图。结果表明,裂缝长度和裂缝数量对产能的影响最大,裂缝间距及分布情况对产能的影响相对要弱一些,可以增大裂缝间距以减小彼此之间的干扰作用。这对水平井进行压裂优化设计具有一定的指导作用。      

深水钻井防喷器温度场数值模拟研究

深水防喷器所处环境为低温高压,如有气侵出现,容易在防喷器位置生成天然气水合物,阻塞防喷器,产生井口安全隐患。为此,结合深水钻井工况,建立了深水钻井条件下闸板防喷器与环形防喷器的三维空间模型,并利用Fluent软件进行了温度场数值模拟,得到了防喷器不同位置的温度场分布。在此基础上,结合天然气水合物生成条件分析了防喷器的温度场分布,以及加热管对防喷器温度场的影响规律,并优选了加热管的布置位置。结果表明,在模拟环境条件下,闸板防喷器横向位置依靠防喷器通径内壁加热即可满足天然气水合物预防要求,在纵向侧面1/4处布置加热管效果较好;管线数量对环形防喷器温度场的影响很大,为满足温度高于天然气水合物形成温度的要求,可以将优化加热管数量与保温措施结合起来进行。      

考虑非牛顿流体螺旋流动的钻井井筒温度场研究

准确了解钻井过程中井筒温度及其变化规律对于安全、高效钻井具有重要的意义。根据热力学第一定律及传热理论,建立了完整的钻井循环过程中温度场数学模型,分析了井筒中非牛顿流体螺旋流动的传热机理以及水力学能量和机械能量对井筒温度场的影响规律,对高温高压循环当量密度计算和井筒温度控制方法进行了初步探讨。模型计算结果与现场试验数据吻合较好。由数值模拟结果得出:在井深2 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高4.5 ℃;在井深5 000.00 m处,钻柱转速从0 r/min升至200 r/min时该处温度升高7.8 ℃。研究结果表明,井底温度随钻柱转速的增加呈指数增长,随着井深的增加,钻柱旋转对井底温度的影响更加明显。建立的温度场模型可为高温高压地层钻井水力学设计和现场作业过程中的温度控制提供理论参考。      

Numerical Simulation on Deepwater Drilling Wellbore Temperature and Pressure Distribution

Abstract

Considering the effect of temperature and pressure on the characteristics of drilling fluid, a coupled model of deepwater drilling wellbore temperature and pressure was established. By numerical simulation, the wellbore temperature and pressure distribution were obtained. Studies have shown that minimum temperature appears in the position slightly upward of the mud line, and maximum temperature appears in the position slightly upward of the bottom hole. Maximum equivalent circulation density (ECD) appears in the shallow layer. In order to accurately predict wellbore temperature and pressure, the effect of temperature and pressure on mud should be coupled; moreover, the variation of convection heat transfer coefficient should be considered.     

循环流化床煤粉气化炉内气固三维流动特性数值模拟

采用基于气相k-ε湍流模型、颗粒相颗粒动理学模型的欧拉-欧拉双流体模型,对循环流化床煤粉气化炉内气体和颗粒两相三维流动特性进行了冷态数值模拟,得到了炉内颗粒体积分数、颗粒速度的分布情况以及进料管与回料管的颗粒扩散距离。模拟结果表明,循环流化床煤粉气化炉内呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性。     

温控阀控温性能验证实验及数值模拟研究

通过实验研究了新型温控阀的控温性能,并采用N-S方程和标准k-ε湍流模型对其内流场进行了数值计算。结果表明,温控阀的线性度较好且静态偏差小。当冷热水入口比例、冷水温度、水流速度都不变时,随着热水入口温度的升高,阀内的压强稍有减小的趋势,而且混合水出口的温度也明显升高,说明进口水温的变化对阀的压力有影响,由于水温主要由热水温度来决定,所以热水进口温度是影响温控阀控温的一个关键因素。     

工艺参数对短接触旋流反应器内颗粒流动特性影响的数值研究

运用欧拉双流体模型对新型短接触旋流反应器内气、固两相流场进行了数值模拟,考察了操作参数和颗粒直径对反应器内颗粒流动分布的影响。结果表明,操作气速大于基准条件会降低反应器混合腔内的气 固接触效果,而在不影响流化状态的情况下适当增大催化剂的质量循环流率对催化剂的均匀分布有利。在基准操作条件下,5和30μm粒径颗粒在反应器内的浓度分布梯度较大、均匀性较差,并且5 μm颗粒与反应产物的分离也不彻底。因此,催化剂宜选用平均粒径为10μm左右的颗粒,既可以强化接触效果,也不会出现返混夹带现象,保证后续工艺流程的顺利进行。催化剂颗粒是否均匀分布是影响反应收率的最主要因素之一,本研究结果为短接触旋流反应器的工业应用及性能改进提供了重要的理论参考依据。     

火灾环境下LPG储罐压力与温度响应的数值模拟

建立了火灾环境下液化气(LPG)储罐热响应的模型,针对立式液化石油气储罐进行了数值模拟。结果表明,LPG储罐内介质的温度上升速率随着充装率的增大而减小,压力上升速率随着充装率的增大而增大;储罐介质的升温和升压速率随着热流密度的增大而增大,储罐壁温度的上升速率也随之增大;储罐局部受热时,侧壁受热对储罐压力热响应的影响比底部受热大;升压速率随着导热系数的增大而增大,壁面温度的上升速率随之减小。     

松科1井(主井)防塌钻井液技术

松科1井是全球第一口陆相白垩纪科学探井,采用"一井双孔"方案,由南孔和主井(北孔)组成。主井设计井深1 810.00 m,连续取心1 630.00 m,主要钻遇以泥岩和砂岩为主的沉积岩地层,钻进过程中存在防塌、护心、井壁稳定等方面的问题和难点。针对松科1井(主井)的钻井难点,在室内钻井液体系优选的基础上,根据不同地层分别采用了PAM钻井液体系、DFD-LG-CMC钻井液体系和DFD-NH4HPAN-SAKH钻井液体系,同时结合钻井液粘度控制技术、降低钻井液循环压降技术等,解决了松散砂层、水敏性泥岩和硬脆性泥岩中取心钻进的防塌钻井液技术难题,探索出了一条用低钻井液成本进行类似科学钻探工程的成功之路。     

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

为证实Φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了Φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。      

CH3断块边底水控制数值模型及油藏数值模拟研究

根据CH3断块的油藏特征．对底水锥进数值模型及油藏数值模拟进行了研究。分析了边底水控制政策界限．探讨了合理井距、初始极限产量、极限生产压差、射孔厚度比例、射孔方式等底水油藏开发的影响因素．并对该油藏的合理开发提出了相应指导性建议。