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。     

考虑钻井液流动阻力与钻柱旋转的井筒瞬态传热新模型

为了分析钻井液流动阻力与钻柱旋转对井筒温度的影响,文中基于能量守恒定律,考虑流动阻力产生的摩擦热能与钻柱旋转产生的旋转动能,建立了井筒瞬态传热新模型.该模型的计算值比Yang数值模型和Al-Saedi解析模型的计算值高,更接近井底实际温度.实例井计算结果表明:相比于流动阻力,钻柱旋转对井口温度和井底温度的影响较大;流动...     

深水钻井隔水管增压管线对井筒温度的影响

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增压管线排量和入口温度对井筒温度场的影响规律。研究结果表明:增压管线排量和入口温度仅对海水段的环空温度影响较大,且随着排量和入口温度的升高,海水段环空温度随之增加;随着距井口距离的减小,增压管线排量对环空温度的影响逐渐增大,而入口温度对环空温度的影响逐渐减小;由于钻柱和环空内流体流动方向相反,增压管线排量和入口温度对整个钻柱内流体温度的影响较大,且随着排量和入口温度的升高,钻柱内流体温度随之升高。研究结果可为深水钻井过程中井筒温度场的预测提供理论参考。     

深水隔水管钻井井筒温压场耦合计算与分析

井筒温度和压力场的计算是深水钻井设计的重要内容。综合考虑温压场与钻井液性能的相互影响,建立了深水钻井井筒钻井液性能、温度和压力场耦合计算模型,并进行了求解分析。实例分析结果表明:受海水低温影响,上部井段环空温度会小于入口温度,需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患;受压力和温度影响,静止时钻井液最大密度出现在海底泥线处,井底处钻井液实际密度小于井口钻井液密度,循环时井内钻井液实际密度和当量循环密度(ECD)均大于入口钻井液密度;温压场与钻井液密度耦合对ECD影响较大,钻井液粘度与温压场耦合对泵压影响较大,考虑钻井液密度和粘度影响时泵压计算误差将明显降低。     

充气钻井二维传热模型及井筒温度场分布规律

近年来,充气欠平衡钻井已成为美国、加拿大和其他地区的主要欠平衡钻井方式,是解决裂缝或孔隙岩层严重漏失、避免储层伤害问题的重要技术手段。目前在进行充气钻井设计时,大多把地层温度近似于井筒内充气液温度,必然会导致设计误差,因此有必要考虑地层与井筒之间的热传递,研究井筒温度场分布。通过进行地层-环空、环空-钻柱内充气液的径向换热规律和井筒轴向换热规律研究,结合井筒内气液两相流特性,推导充气钻井二维传热模型,最后通过实例计算考察注液流量和注气流量对井筒温度场分布的影响,研究表明井筒中充气液温度随着井深呈非线性分布,环空充气液温度与地层温度间最大偏差的位置在井底处。     

深水钻井隔水管增压排量对井筒温度分布的影响

由于受深水低温特性的影响,深水钻井中,井筒流体温度分布的计算与陆地钻井中井筒流体温度分布有所不同。隔水管增压管线排量的存在使流体温度进一步降低,因此深入了解增压管线内排量对深水钻井井筒流体温度分布的影响规律十分重要。基于无隔水管增压排量下深水温度分布的计算方法,考虑突扩孔道流动的问题,结合热力学相关理论,对加隔水管增压管线排量时的深水钻井井筒流体温度分布进行了研究,建立了该情况下温度分布的预测方法,得到了井筒流体温度分布。研究结果表明:隔水管增压管线排量对深水井筒流体的温度分布影响明显,且影响区域较大;较管柱而言,增压排量对环空内井筒流体温度场分布的影响更为明显;因钻井液和流动方向的不同,较环空而言,管柱内钻井液温度受增压排量的影响更深。因此,研究深水钻井中的深水温度分布时,隔水管增压排量的影响必须加以考虑。      

钻头机械能对深水钻井井筒温度场的影响分析

从影响深水钻井井筒温度分布的因素出发,在常规钻井井筒温度计算理论和模型的基础上,应用能量守恒方法,建立了深水钻井井筒温度预测模型,综合考虑了钻头机械能破岩生热、钻井液循环摩阻生热等诸多热源对钻井液温度场的影响。结果表明,钻头机械能在破岩过程中产生的热量流入地层岩石,钻井液在井底携岩过程中温度产生了瞬时波动,温度波动范围为2～4℃,钻头机械能是研究深水钻井井筒温度场不可忽略的一部分。所建模型的求解结果与实测结果相比,最大误差小于5%,证明该模型具有较高的精度。     

海洋深水钻井水基钻井液密度的预测

在海洋深水钻井条件下,不同的海水深度和温度梯度环境将对钻井液密度产生影响.因此根据不同温度和压力条件下水基钻井液密度的测量结果,建立了温度、压力影响下的水基钻井液密度计算模型.     

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。     

深水钻井条件下合成基钻井液流变性

目前合成基钻井液体系在深水钻井中应用比较广泛,其低温流动性也成为深水钻井中较受关注的问题。通过测定线性α-烯烃合成基钻井液在不同组成时的黏度-温度特性,研究了乳化剂种类、有机土加量、油水比以及钻井液密度等对合成基钻井液低温流动性影响,探讨了基油种类和黏度对油包水钻井液的黏度-温度特性影响。实验结果表明,乳化剂种类是影响线性α-烯烃合成基钻井液低温流动性的最主要因素,其次是有机土加量和油水比,而加重材料对合成基钻井液低温增稠程度影响较小;基油低温黏度是影响深水合成基钻井液体系黏度的重要因素。线性α-烯烃合成基钻井液较矿物油和气制油基钻井液具有更优的低温流动性,可以应用于深水钻井作业。     

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.     

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。     

超深水平井钻井液循环温度场模拟计算与分析

目的钻井液温度对钻具进给和导向工具的选择具有重要意义,为了有效指导深层页岩气水平钻井过程,获得准确的钻井过程全井段温度分布,进行了深层钻井温度场研究。 方法基于能量守恒和热阻法建立了井筒流动传热模型,采用有限差分方式,计算获得钻井过程全井段温度剖面,准确预测了钻井过程钻井液温度场,误差在5％以内。分析了钻井液流量、入口温度和循环时间对井筒温度场分布的影响规律。 结果循环钻井液整体温度随循环时间的增加而下降;提高钻井液循环流量可有效降低井筒内温度,流量由8 t/h提升至16 t/h,井底温度降低10 ℃;钻井液入口温度对深层钻井的长水平段影响较低,入口温度变化20 ℃,井底温度仅改变3 ℃。 结论采用延长循环时间和增加循环钻井液流量的方法可以显著提升钻井过程的冷却效果。      

MEG钻井液在吐哈油田小井眼侧钻井中的应用

吐哈油田小井眼开窗侧钻井主要采用混原油钻井液,不利于环境保护。从研究MEG单体的作用机理入手,以钻井液润滑性、抑制防塌性为主要评价指标,对MEG钻井液配方进行了优选,并对优选配方钻井液性能进行了评价。该钻井液在4口小井眼开窗侧钻井进行了试验应用。结果表明:应用井无阻、卡现象,平均钻井周期缩短了7.2d;在未混原油的情况下钻井液润滑系数比乳化原油(15%~20%)钻井液降低了34.6%;油层保护效果好,其中温5-41C井日产油14.4t,同比温五区块平均产量提高了128.4%,神218C井是神229区块目前唯一的自喷井。表明优选出的MEG钻井液具有优良的润滑性、抑制防塌性及良好的储层保护效果,特别适合强水敏地层及大斜度井和水平井等特殊复杂工艺井的钻进。     

高温高压井中温度和压力对钻井液密度的影响

文中研究了地温梯度,地表温度,入口钻井液温度,循环钻井液温度梯度和钻井液类型等因素对当量静态钻井液密度的影响,建立了高温高压井中预测ＥＳＤ的积分模型。结果表明：温度梯度对ＥＳＤ影响很大。随温度梯度增加,ＥＳＤ减小,且井口与井底差值增大。随地表温度或钻井液入口温度增加,ＥＳＤ减小,但不同初始温度条件下井口与井底ＥＳＤ差值基本相同。