【摘要】：欠平衡鉆井在提高機(jī)械鉆速、減小井下復(fù)雜情況和保護(hù)油氣層方面具有非常明顯的效果。對(duì)于欠平衡鉆井井筒多相流動(dòng),目前學(xué)術(shù)界研究較多的是質(zhì)量交換條件下井筒壓力演變規(guī)律,但是在深層或高地溫梯度地層應(yīng)用欠平衡技術(shù)時(shí),井筒與地層之間同時(shí)發(fā)生質(zhì)量交換、熱量交換所引起的井筒流體特性參數(shù)、井下溫度和壓力變化規(guī)律的理論研究還不完善,這直接影響了欠壓值的確定和欠平衡作業(yè)的效果及安全。為此,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,基于傳熱學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、滲流力學(xué)等相關(guān)理論與研究方法,針對(duì)井筒穩(wěn)態(tài)氣液兩相流的流型預(yù)測(cè)和流動(dòng)特性參數(shù)計(jì)算、欠平衡隨鉆動(dòng)態(tài)地層流體侵入量計(jì)算、井筒與地層瞬態(tài)傳熱下的井筒溫度分布以及傳質(zhì)傳熱條件下瞬態(tài)多相流動(dòng)等方面展開深入地研究,建立了欠平衡鉆井井筒與地層傳質(zhì)傳熱條件下的多相流流動(dòng)模型,為深層或高地溫梯度地層欠平衡鉆井設(shè)計(jì)和施工提供重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。(1)欠平衡鉆井鉆遇油氣藏時(shí),地層流體的侵入量不僅與地層的物理性質(zhì)有關(guān),還與鉆進(jìn)過程中的井底壓力和鉆井速度有關(guān)。地層流體侵入的邊界條件隨著時(shí)間變化而不斷變化,因此把儲(chǔ)藏中的井段分為瞬時(shí)打開井段和已打開井段,首先考慮了流體、孔隙介質(zhì)和流動(dòng)條件之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,引入當(dāng)量表皮系數(shù),推導(dǎo)了瞬時(shí)打開井段的地層流體侵入量模型,其次考慮了鉆進(jìn)過程中動(dòng)態(tài)變化的井底壓力和鉆井速度,推導(dǎo)了已打開井段的地層流體侵入量模型,瞬時(shí)打開井段和已打開井段的侵入量模型共同組成了欠平衡鉆井隨鉆地層流體侵入量數(shù)學(xué)計(jì)算模型。通過模擬計(jì)算,揭示了欠平衡鉆井過程中地層流體隨鉆侵入量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。(2)以熱力學(xué)為依據(jù),結(jié)合流體力學(xué)基本原理,考慮導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、焦耳湯姆遜效應(yīng)、摩阻壓降生熱、鉆柱摩擦生熱和地層流體侵入的影響,研究井筒-地層之間的熱交換機(jī)制,建立了欠平衡鉆井井筒與地層的瞬態(tài)傳熱模型。在此基礎(chǔ)上假設(shè)流體性質(zhì)、流動(dòng)參數(shù)與鉆井時(shí)間、井深之間存在不同關(guān)系,分別推導(dǎo)了相應(yīng)的環(huán)空與鉆柱溫度解析模型。揭示了欠平衡鉆井參數(shù)對(duì)井筒溫度的影響規(guī)律：與循環(huán)流體摩擦壓降對(duì)環(huán)空溫度的影響相比,鉆柱摩擦生熱對(duì)環(huán)空溫度的影響較大,在非直井段較長(zhǎng)時(shí)不可忽略鉆柱摩擦影響；注液量、注氣量、注入溫度對(duì)溫度的影響明顯,注液量、注氣量為地面可控參數(shù),在合理范圍內(nèi)可以通過控制注液量、注氣量調(diào)節(jié)井筒溫度。(3)通過調(diào)研大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)壓力、溫度、管徑和流道幾何形狀對(duì)兩相流影響的實(shí)驗(yàn)和理論文獻(xiàn),綜合考慮流道幾何形狀、壓力、溫度、管徑及井斜角對(duì)兩相流流動(dòng)的影響,對(duì)原有基于常溫常壓小直徑管的環(huán)空和管內(nèi)氣液兩相流流型判別準(zhǔn)則、流動(dòng)特性參數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了修正,建立了欠平衡實(shí)鉆條件下的全井段穩(wěn)態(tài)兩相流模型�？紤]地層與井筒傳熱后,環(huán)空井底壓力和立管壓力有所降低。與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明,考慮流道幾何形狀、壓力、溫度、管徑及井斜角的影響后,本文建立的模型預(yù)測(cè)壓力值比Beggs-Brill經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃虷asan-Kabir力學(xué)模型的預(yù)測(cè)壓力值稍大,與實(shí)測(cè)壓力更加接近,預(yù)測(cè)精度得到了提高。(4)基于油氣井流體力學(xué)、滲流力學(xué)和熱力學(xué),針對(duì)欠平衡鉆井的不同工況(正常循環(huán)、溢流、關(guān)井),考慮井筒與地層傳熱、地層流體侵入、油氣相變等影響,建立了欠平衡鉆井傳熱傳質(zhì)與多相流流動(dòng)耦合模型。通過對(duì)不同工況的具體分析,給出了相應(yīng)的初始條件與邊界條件,并采用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分法對(duì)控制方程進(jìn)行了離散化處理,對(duì)建立的模型進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果表明：地層流體侵入對(duì)井底壓力、井底溫度、各相體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)的影響較大,與之相比井筒與地層傳熱引起的溫度變化對(duì)井底壓力、各相體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)有一定影響但影響較��；發(fā)生氣侵后,環(huán)空氣體體積分?jǐn)?shù)增大,井底溫度降低,井底壓力先升高后降低；關(guān)井后井底溫度、節(jié)流壓力和井底壓力迅速升高,地層氣體產(chǎn)出速度迅速降低至零。最后通過實(shí)例對(duì)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
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【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE21

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 廖新維,馮積累;深層高壓氣藏井筒不穩(wěn)態(tài)傳熱壓力溫度耦合計(jì)算方法[J];石油勘探與開發(fā);2005年01期

2 毛偉,梁政;計(jì)算氣井井筒溫度分布的新方法[J];西南石油學(xué)院學(xué)報(bào);1999年01期

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本文編號(hào)：2298093