深水钻井井筒温度压力的影响因素分析及数值模拟

摘要

近年来，海洋油气资源的开发势头迅猛、产量不断攀升，而且作业水深不断在增加，出现了从浅滩向深海扩展的局面。与此同时，各种各样的技术难题不断出现，亟待解决。其中海洋深水钻井方面的问题体现的尤为突出，已经成为目前国内外研究的热点。
　　 海洋深水钻井过程中存在诸如：地层低温、地层高压，以及钻井液窄密度窗口等问题，而且经常伴随着井涌、井漏等事故的发生，急需建立一种科学的预测井筒内温度以及压力的方法，从而对井筒内温度以及压力进行准确的预测，以此来降低钻井成本，减少钻井事故的发生。本论文从分析影响深水钻井井筒温度压力因素出发，建立了深水钻井井筒内温度以及压力的计算模型，与其它模型不同的是，此模型将钻井液的密度、钻井液的粘度等因素考虑成温度以及压力的函数，并在计算过程中引入了岩屑的影响，摩擦生热和压降生热的影响，并针对温度以及压力进行了耦合计算，使计算模型更加贴近实际状况，从而获得的计算结果也更加较准确。
　　 根据计算模型，开发了针对深水钻井井筒温度以及压力耦合计算的数值模拟程序系统。此程序系统能实时、准确的预测循环过程中井筒内钻井液的温度以及压力分布、地层的温度分布；静止过程中井筒内的温度以及压力分布、地层温度分布；这些相应的结论对深水钻井、固井、井控、套管层次的设计等都具有重要的意义。
　　 本论文中，还对井筒内影响温度以及压力的因素进行了敏感性分析，得出了影响温度以及压力的重要因素与非重要因素的相关结论，并针对海洋深水钻井作业提出了合理化的建议。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1钻井液导热系数的研究现状

1.2.2钻井液比热容的研究现状

1.2.3目前钻井过程压力场研究的现状

1.2.4井筒温度场的研究现状

1.3研究目标、内容及技术路线

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容及技术路线

1.4论文组织结构

第二章 海洋钻井系统概况

2.1隔水管系统

2.2非同心无隔水管系统

2.3同心无隔水管系统

2.4深水钻井中存在的问题

2.4.1钻井设备要求高

2.4.2低温

2.4.3浅层水的流动

2.4.4低破裂压力

第三章 井筒温度压力的数值模型

3.1基本思路

3.2模型基本假设

3.3建立模型过程

3.3.1循环模型

3.3.2静止模型

3.4模型的离散

3.4.1循环模型离散

3.4.2静止模型离散

3.5确定模型中的有关参数

3.5.1确定钻井液的热物性

3.5.2确定钻井液的流变性

3.5.3确定壁面对流的换热系数

3.5.4确定热源项

3.4.5摩擦压降计算

3.5.6不受扰动的地层半径

第四章 模拟井筒温度压力变化

4.1应用程序简介

4.2实例井相关数据

4.3循环时井筒钻井液物性的变化

4.3.1井筒内密度场剖面

4.3.2循环时井筒内粘度场剖面

4.4循环时井筒内温度场

4.4.1循环时井筒内温度场敏感性分析

4.4.2循环时井底温度敏感性分析

4.5循环时井筒内压力场

4.5.1循环时井筒内压力场敏感性分析

4.5.2循环时立管压力敏感性分析

第五章 深水钻井静止过程井筒温度压力变化

5.1静止井底温度的变化

5.2静止井底压力的变化

5.3当量静态密度

第六章 模型的验证

结论与建议

致谢

参考文献