深水隔水管鉆井井筒溫壓場(chǎng)模型的建立

  摘 要 井筒溫度和壓力場(chǎng)的計算是深水鉆井設計的重要內容。綜合考慮溫壓場(chǎng)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(chǎng)耦合計算模型，并進(jìn)行了求解分析。實(shí)例分析結果表明：受海水低溫影響，上部井段環(huán)空溫度會(huì )小于入口溫度，需注意低溫時(shí)天然氣水合物形成帶來(lái)的安全隱患；受壓力和溫度影響，靜止時(shí)鉆井液最大密度出現在海底泥線(xiàn)處，井底處鉆井液實(shí)際密度小于井口鉆井液密度，循環(huán)時(shí)井內鉆井液實(shí)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(chǎng)與鉆井液密度耦合對ＥＣＤ影響較大，鉆井液粘度與溫壓場(chǎng)耦合對泵壓影響較大，考慮鉆井液密度和粘度影響時(shí)泵壓計算誤差將明顯降低。

 

  關(guān)鍵詞 深水鉆井；井筒；溫度場(chǎng)；壓力場(chǎng)；鉆井液性能；計算模型；實(shí)例分析隨著(zhù)現代工業(yè)的飛速發(fā)展，石油能源的需求急劇增加，深水區已成為全球油氣資源勘探開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)區域［１］。深水鉆井水力參數設計與常規鉆井存在很大不同［２］，深水的存在導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、井漏和井涌等復雜情況發(fā)生，這就需要對井筒壓力和溫度進(jìn)行更為精確的計算和控制。

 

  對于深水鉆井，井筒內存在低溫（隔水管段）和高溫（地層段）２個(gè)溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)、鉆井液性能和井筒壓力場(chǎng)是相互影響的?，F有關(guān)于深水隔水管井筒溫壓場(chǎng)的研究主要集中在２個(gè)方面：一是將溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分開(kāi)計算［３５］，即計算溫度場(chǎng)時(shí)不考慮壓力場(chǎng)的影響，也不考慮溫壓場(chǎng)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(chǎng)時(shí)（溫度場(chǎng)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(shí)鉆井液性能，尤其是鉆井液流變性能與井筒溫度、壓力場(chǎng)耦合模型及規律的研究較少，因此有必要結合深水鉆井特點(diǎn)，綜合考慮鉆井液密度和流變性能與井筒溫度和壓力場(chǎng)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(chǎng)、壓力場(chǎng)變化規律，為我國深水鉆井設計提供指導。

 

  由于實(shí)際物理過(guò)程復雜，為簡(jiǎn)化計算，建立模型時(shí)僅考慮鉆井液在井筒內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不變，不考慮鉆井液密度變化引起的速度變化，則根據流體力學(xué)和傳熱學(xué)原理可以建立如下井筒溫度場(chǎng)方程。