本文關鍵詞：深水鉆井氣侵過程中的井筒溫度壓力模擬研究

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【摘要】：隨著世界各經濟體的經濟復蘇,各國對化石能源的需求量與日俱增。為了滿足日益增長的需求,人類開始向深水領域進軍,這使得深水鉆井安全成為近幾年諸多學者研究的熱點問題。在深水鉆井過程中,探究井筒內的壓力和溫度分布,尤其在早期氣侵過程中的溫度壓力分布,對于保證深水鉆井安全快速進行,具有非常重要的現實意義和應用前景。本文以深水鉆井過程中井筒中的循環(huán)流體為研究對象,以地層滲流理論、多相流理論、傳熱理論、流體力學為理論基礎,在對國內外研究現狀調研的基礎上,優(yōu)選適應性強、精度高的模型,推導了深水鉆井氣侵過程中的井筒溫度壓力模型,編制了模擬軟件進行了井筒溫度壓力的計算,并基于WORKBENCH有限元軟件進行了對比分析以及分析了氣侵對井筒溫度壓力的影響規(guī)律。揭示了氣侵后氣侵量的變化規(guī)律。發(fā)生氣侵后氣侵量隨鉆氣侵時間的增長,氣侵量也不斷增加；當機械鉆速增大后,在相同時間內打開產層的厚度變大,進入到井筒的氣體越多,氣侵量越大；滲透率增大后,在相同時間內流入到井筒的氣體就會越多,氣侵量越大。分析了氣侵過程中環(huán)空溫度的影響因素。氣侵過程中的環(huán)空循環(huán)溫度主要受到地溫梯度、鉆井液導熱系數、海水深度、排量、鉆井液入口溫度的影響,氣侵量對環(huán)空溫度的影響較小�；赪ORKBENCH有限元軟件進行了井筒溫度壓力模擬。通過對比分析得出：鉆柱內壓力場相比較實測值偏差1％,Fluent模擬值偏差5%；環(huán)空溫度場模擬值與模型值相比偏差6%；環(huán)空氣體體積分數與模型值相比偏差3%。揭示了氣侵對井筒溫度壓力的影響規(guī)律。氣侵量越大,環(huán)空溫度越低,但變化幅度很小。氣侵量越大,井底壓力下降的越快。氣侵時間越長,環(huán)空壓力越低。揭示了氣體涌入井筒后在環(huán)空上升的膨脹規(guī)律。體積膨脹倍數在地層環(huán)空隨井深的減小在緩慢地增加,當氣泡進入隔水管之前氣體體積僅膨脹2倍,當氣體運移到隔水管后,體積膨脹倍數快速增大,運移到井口附近時體積大約增長了18倍；鉆井液密度越大,氣體體積膨脹的倍數越小,鉆井液密度增加1.46倍,氣體體積膨脹的體積減小11倍。
【關鍵詞】：深水鉆井 氣侵 井筒溫度 壓力 模擬
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE24
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究的目的及意義8
• 1.2 國內外研究現狀8-14
• 1.2.1 井筒多相流研究現狀8-9
• 1.2.2 地層滲流模型研究現狀9-10
• 1.2.3 深水井筒壓力場研究現狀10-11
• 1.2.4 井筒溫度場研究現狀11-13
• 1.2.5 井筒溫度壓力耦合計算研究現狀13-14
• 1.3 存在的問題14-15
• 1.4 研究內容及技術路線15-16
• 第2章 深水鉆井氣侵時井筒流體流動模型16-29
• 2.1 深水鉆井氣侵過程中井筒流體流動特征16-24
• 2.1.1 井筒流體的流動特征參數17-19
• 2.1.2 流動控制方程19-22
• 2.1.3 流動形態(tài)的判別22-24
• 2.2 深水鉆井隨鉆氣侵量計算模型研究24-26
• 2.3 實例計算及結果分析26-29
• 第3章 隨鉆氣侵過程中的井筒溫度壓力模型29-55
• 3.1 深水鉆井隨鉆井筒溫度壓力模型29-37
• 3.2 輔助參數的計算37-42
• 3.3 井筒溫度壓力模型的求解42-48
• 3.3.1 模型的離散過程42-47
• 3.3.2 模型的求解步驟47-48
• 3.4 實例計算及影響因素分析48-55
• 3.4.1 實例計算48-50
• 3.4.2 井筒溫度壓力場的影響因素分析50-55
• 第4章 基于WORKBENCH深水鉆井氣侵過程中的井筒溫度壓力模擬55-66
• 4.1 WORKBENCH模擬深水鉆井氣侵過程井筒溫度壓力的數學模型55-59
• 4.1.1 VOF模型55-56
• 4.1.2 能量輸運模型56-57
• 4.1.3 湍流模型57-59
• 4.2 深水鉆井井筒幾何模型的建立及網格劃分59-62
• 4.2.1 建立深水鉆井井筒幾何模型59-60
• 4.2.2 計算域網格劃分60-61
• 4.2.3 網格質量分析61-62
• 4.3 邊界條件的設置62
• 4.4 計算過程62-63
• 4.5 模擬結果及對比分析63-66
• 第5章 氣侵對井筒溫度壓力的影響及氣體沿環(huán)空上升的膨脹規(guī)律研究66-74
• 5.1 氣侵量對井筒溫度壓力分布的關鍵因素66-69
• 5.1.1 氣侵量大小對環(huán)空溫度場的影響66-67
• 5.1.2 氣侵量大小對井底壓力的影響67-68
• 5.1.3 氣侵時間對環(huán)空壓力的影響68
• 5.1.4 氣侵量大小對溢流體積的影響68-69
• 5.2 深水鉆井氣體沿井筒上升的膨脹規(guī)律分析69-72
• 5.2.1 隔水管段氣侵時氣體膨脹倍數隨井深的變化規(guī)律69-70
• 5.2.2 地層段氣侵時氣體膨脹倍數隨井深的變化規(guī)律70
• 5.2.3 鉆井液密度對膨脹倍數的影響70-71
• 5.2.4 溢流體積隨時間的變化規(guī)律71-72
• 5.2.5 溢流體積隨井深的變化規(guī)律72
• 5.3 深水鉆井氣侵過程中安全鉆井的方法72-74
• 第6章 隨鉆氣侵井筒溫度壓力模擬軟件編制74-80
• 6.1 軟件的運行環(huán)境及主要功能74-75
• 6.2 軟件的計算界面75-80
• 第7章 結論及建議80-82
• 7.1 結論80-81
• 7.2 建議81-82
• 致謝82-83
• 參考文獻83-88
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果88

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本文編號：541913