【摘要】：當(dāng)今陸地石油儲量逐漸減小,海洋油氣勘探已成為目前研究的重點對象。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模型進行離散,最后用高斯-賽德爾迭代求解,對影響溫度場的相關(guān)參數(shù)進行敏感性分析,應(yīng)用MATLAB編制出計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)合熱彈塑性理論計算不同循環(huán)時間下的井周應(yīng)力,針對井底附加熱應(yīng)力對坍塌壓力、破裂壓力的影響,得出鉆井液安全密度窗口。最后,通過巖石強度受溫度影響的巖石力學(xué)實驗,改變溫度變化測量可鉆性實驗以及機械鉆速研究溫差對可鉆性以及鉆速的影響,宏觀的確定溫度對巖石強度的影響;再結(jié)合經(jīng)驗公式計算聲波時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地層參數(shù)的影響。將溫度的改變對地層參數(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時間內(nèi)，由于鉆井液流動進入鉆柱內(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時間內(nèi)，微元體內(nèi)的鉆井液流動和鉆柱旋轉(zhuǎn)等形成的內(nèi)熱源為：Ｑ３ＡｚＡ在Ｍ時間內(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)時間為１小時的鉆柱內(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，對于海水井段，在海底泥線處上方一定距離為邊界點，在逡逑此分界點以上，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE52

【參考文獻】

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本文編號：2675546