地?zé)徙@井

深水隔水管鉆井井筒溫壓場模型的建立

  摘 要 井筒溫度和壓力場的計算是深水鉆井設(shè)計的重要內(nèi)容。綜合考慮溫壓場與鉆井液性能的相互影響,建立了深水鉆井井筒鉆井液性能、溫度和壓力場耦合計算模型,并進行了求解分析。實例分析結(jié)果表明:受海水低溫影響,上部井段環(huán)空溫度會小于入口溫度,需注意低溫天然氣水合物形成帶來的安全隱患;受壓力和溫度影響,靜止時鉆井液最大密度出現(xiàn)在海底泥線處,井底處鉆井液實際密度小于井口鉆井液密度,循環(huán)時井內(nèi)鉆井液實際密度和當量循環(huán)密度(ECD)均大于入口鉆井液密度;溫壓場與鉆井液密度耦合對ECD影響較大,鉆井液粘度與溫壓場耦合對泵壓影響較大,考慮鉆井液密度和粘度影響時泵壓計算誤差將明顯降低。
 
  關(guān)鍵詞 深水鉆井;井筒;溫度場;壓力場;鉆井液性能;計算模型;實例分析隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,石油能源的需求急劇增加,深水區(qū)已成為全球油氣資源勘探開發(fā)的熱點區(qū)域[1]。深水鉆井水力參數(shù)設(shè)計與常規(guī)鉆井存在很大不同[2],深水的存在導(dǎo)致地層安全鉆井液密度窗口較窄,環(huán)空壓力控制不好容易引起井塌、井漏和井涌等復(fù)雜情況發(fā)生,這就需要對井筒壓力和溫度進行更為精確的計算和控制。
 
  對于深水鉆井,井筒內(nèi)存在低溫(隔水管段)和高溫地層段)2個溫度場,溫度場、鉆井液性能和井筒壓力場是相互影響的?,F(xiàn)有關(guān)于深水隔水管井筒溫壓場的研究主要集中在2個方面:一是將溫度場和壓力場分開計算[35],即計算溫度場時不考慮壓力場的影響,也不考慮溫壓場對鉆井液性能的影響,反之亦然;二是僅在計算鉆井液靜止井筒壓力場時(溫度場按地溫梯度計算)考慮鉆井液密度變化[69]。而對于循環(huán)時鉆井液性能,尤其是鉆井液流變性能與井筒溫度、壓力場耦合模型及規(guī)律的研究較少,因此有必要結(jié)合深水鉆井特點,綜合考慮鉆井液密度和流變性能與井筒溫度和壓力場的相互影響,建立深水鉆井井筒溫度、壓力和鉆井液性能的耦合計算模型,分析深水鉆井井筒溫度場、壓力場變化規(guī)律,為我國深水鉆井設(shè)計提供指導(dǎo)。
 
  由于實際物理過程復(fù)雜,為簡化計算,建立模型時僅考慮鉆井液在井筒內(nèi)的軸向傳熱與徑向熱交換,鉆井液、套管和地層等各種熱物性參數(shù)不變,不考慮鉆井液密度變化引起的速度變化,則根據(jù)流體力學(xué)和傳熱學(xué)原理可以建立如下井筒溫度場方程。