【摘要】：當(dāng)今陸地石油儲(chǔ)量逐漸減小,海洋油氣勘探已成為目前研究的重點(diǎn)對(duì)象。深水鉆井是深水油氣資源開發(fā)非常重要的環(huán)節(jié),隨著水深不斷增加,深水鉆井的作業(yè)難度也不斷加大。其中影響深水鉆井的一個(gè)關(guān)鍵因素就是溫度,在深水鉆井過程中井筒溫度場變化復(fù)雜,因此精準(zhǔn)預(yù)測深水環(huán)境下井筒溫度場對(duì)防止井下事故尤為重要。本文首先通過能量守恒定律、傳熱學(xué)理論結(jié)合深水條件的相關(guān)特點(diǎn)建立深水鉆井井筒非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,采用全隱式差分的方法對(duì)模型進(jìn)行離散,最后用高斯-賽德爾迭代求解,對(duì)影響溫度場的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行敏感性分析,應(yīng)用MATLAB編制出計(jì)算深水鉆井井筒溫度場程序。其次,為防止深水鉆井過程中井壁坍塌、破裂等問題,需要預(yù)測井壁坍塌壓力與破裂壓力,以往對(duì)于井壁穩(wěn)定性的研究沒有考慮溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)井壁的影響,而熱應(yīng)力的影響是不可忽略的。因此需要通過建立井壁與地層溫度場求解井壁與地層溫度,從而結(jié)合熱彈塑性理論計(jì)算不同循環(huán)時(shí)間下的井周應(yīng)力,針對(duì)井底附加熱應(yīng)力對(duì)坍塌壓力、破裂壓力的影響,得出鉆井液安全密度窗口。最后,通過巖石強(qiáng)度受溫度影響的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn),改變溫度變化測量可鉆性實(shí)驗(yàn)以及機(jī)械鉆速研究溫差對(duì)可鉆性以及鉆速的影響,宏觀的確定溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響;再結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算聲波時(shí)差建立溫差與彈性模量、泊松比之間的關(guān)系,從而從理論上確定溫度的改變對(duì)地層參數(shù)的影響。將溫度的改變對(duì)地層參數(shù)的影響考慮到井壁穩(wěn)定性的研究,得出精確的鉆井液安全密度窗口,為現(xiàn)場作業(yè)提供指導(dǎo)。
【圖文】：

Ｆｉｇ３－１邋Ｗｅｌｌｂｏｒｅ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｄｅｅｐ邋ｗａｔｅｒ邋ｄｒｉｌｌｉｎｇ逡逑如圖（３－１），，分別建立各區(qū)域的傳熱模型方程。逡逑在鉆柱內(nèi)的鉆井液，取一微元控制體，主要發(fā)生的能量傳遞過程是鉆井液上至下的對(duì)流換熱；ｒ方向由環(huán)空內(nèi)流體向鉆桿外壁傳遞熱量、鉆桿外壁向鉆桿壁傳遞熱量、最后由鉆桿內(nèi)壁向鉆桿內(nèi)鉆井液傳遞熱量；微元體內(nèi)鉆井液形成熱源。建立方程如下：逡逑Ｑｔ邋＝邋Ｕ－＾ｎｄ＾ｙＴａ｛ｚ，ｔ）邋－邋Ｔｐ（ｚ，ｔ）］＾ｚＡｔ邐（３－１在Ａｔ時(shí)間內(nèi)，由于鉆井液流動(dòng)進(jìn)入鉆柱內(nèi)的微元體熱量變化為：逡逑＜？２⑵一＜？２0邋＋邋Ａｚ）邋＝邋Ｃｐ￡／爪［：ｒｐ（ｚ，0邋—邋＆0邋＋邋Ａｚ，0］Ａｔ邐（３—２在Ａｔ時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)的鉆井液流動(dòng)和鉆柱旋轉(zhuǎn)等形成的內(nèi)熱源為：Ｑ３ＡｚＡ在Ｍ時(shí)間內(nèi)，微元體內(nèi)能總增量可表示為：？＾？ｃｐｐｐＡｚ｜７＞（ｚ，ｔ邋＋邋Ａｔ）－／ｒｐ0，ｔ）根據(jù)能量守恒定律可得，式（３－１）邋＋式（３－２）邋＋內(nèi)熱源＝微元體內(nèi)能總增量，逡逑兩邊同時(shí)除以ＡｔＡｚ，微分代替差分，可以得到鉆柱內(nèi)能量微分方程：逡逑２

邐并ｆｆｉ徑向西離（ｍ）逡逑圖３－３井下溫度分布邐圖３－４近井壁巖石溫度分布逡逑Ｆｉｇ３－３邋Ｄｏｗｎｈｏｌｅ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邐Ｆｉｇ３－４邋Ｎｅａｒ邋ｂｏｒｅｈｏｌｅ邋ｒｏｃｋ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ逡逑圖３－３是井筒內(nèi)循環(huán)時(shí)間為１小時(shí)的鉆柱內(nèi)、環(huán)空、以及環(huán)境溫度梯度的循環(huán)逡逑溫度剖面。由圖可知，對(duì)于海水井段，在海底泥線處上方一定距離為邊界點(diǎn)，在逡逑此分界點(diǎn)以上，鉆柱內(nèi)溫度逐漸降低，環(huán)空內(nèi)溫度也逐漸降低但幅度是先增大后逡逑平穩(wěn)，原因受海水溫度影響。在邊界點(diǎn)以下，鉆柱內(nèi)和環(huán)空內(nèi)的溫度逐漸升高。逡逑在海底泥線處一下的地層井段，鉆柱內(nèi)的鉆井液溫度逐漸升高，鉆井液流入井底逡逑■返向環(huán)空溫度繼續(xù)升高至溫度最高點(diǎn)后降低。鉆井液在井筒循環(huán)過程中的溫度最逡逑大值不是出現(xiàn)在井底，而在是井底環(huán)空上方某一位置。這是由于鉆井液從井底上逡逑返后，高溫地層繼續(xù)向鉆井液傳遞熱量所致。逡逑圖３－４是圖３－３的溫度場圖，從圖３－３可以看出，在井口出入口溫度２５°Ｃ進(jìn)入逡逑鉆柱后溫度迅速降低
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE52

【參考文獻(xiàn)】

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6 李令東;程遠(yuǎn)方;梅偉;李清平;高立超;;溫度影響天然氣水合物地層井壁穩(wěn)定的有限元模擬[J];天然氣工業(yè);2012年08期

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本文編號(hào)：2675546