本文關鍵詞：深水鉆井關井過程井底壓力預測與研究

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【摘要】：隨著世界各國對能源需求的不斷增長,陸上和海洋淺水區(qū)油氣勘探程度穩(wěn)步提高,海洋深水已經(jīng)成為全球油氣資源接替的重要領域。受海洋環(huán)境的影響,深水鉆井面臨的主要鉆井風險是井控風險。為提高深水井控的安全性,需要更真實地描述關井期間井筒壓力變化,保證關井期間井筒安全。因此,對深水鉆井關井過程井底壓力進行研究具有重要意義。本文對環(huán)空氣泡在膨脹和脫離階段進行了受力分析,建立了膨脹階段和脫離階段的氣泡體積數(shù)學模型,分別計算了孔喉大小、井底壓差、鉆井液密度以及表面張力對氣泡生成尺寸的影響；以熱力學為依據(jù),研究流體與地層和海水之間的熱交換機制,根據(jù)熱力學第一定律,建立了井筒靜止溫度場模型,并用解析法求解靜止傳熱模型,分析了靜止后任意時刻的井筒溫度分布規(guī)律；對脫離井壁進入環(huán)空的氣泡進行受力分析,結合真實氣體狀態(tài)方程以及井筒靜止溫度場,建立了氣泡在環(huán)空上升過程中體積隨時間變化的控制方程組,分析了關井條件下氣體沿井筒上升的膨脹規(guī)律；根據(jù)連續(xù)性方程及氣體體積隨時間變化的控制方程組,考慮關井期間井筒內氣體和鉆井液的壓縮性,建立關井期間井筒續(xù)流壓力模型；考慮關井氣體滑脫上升期間氣體的膨脹、氣體和鉆井液壓縮性及鉆井液濾失等因素,建立了關井期間氣體滑脫井底壓力預測模型；然后綜合考慮續(xù)流和氣體滑脫的影響,建立關井期間井底壓力計算模型。在理論研究的基礎上,分析了溢流體積、地層滲透率、氣體滑脫速度以及泥餅滲透率對井底壓力的影響；在考慮含氣量的情況下,根據(jù)動量方程和連續(xù)性方程,推導了氣、液、固三相水擊波速方程,分析了氣相含量、固相含量、套管壁厚與套管內徑的比值對水擊波速的影響；根據(jù)牛頓第二定理推導出環(huán)形空間水擊運動的基本方程,根據(jù)質量守恒定律推導出環(huán)形空間水擊的連續(xù)性方程,計算了不同閥門關閉時間及不同氣侵量情況下,水擊壓力隨時間的變化規(guī)律。模擬計算結果表明：氣泡初始生成體積隨著孔喉直徑、井底壓差、以及表面張力的增加而增加,隨著鉆井液密度的增加而減�。辉诘貙佣�,氣體膨脹緩慢,進入節(jié)流管內氣體迅速膨脹,越接近井口,體積膨脹越厲害；隨著靜止時間的增加,節(jié)流管段流體和地層段井筒流體的溫度變化趨勢相反；關井期間,井底壓力恢復到地層壓力的時間隨著溢流體積增加而增加,隨著地層滲透和氣體滑脫速度的增加而減�。荒囡灊B透對井底壓力的影響是從井底壓力大于地層壓力開始的,考慮泥餅滲透的影響更有利于準確描述井底壓力的變化；氣相含量是影響水擊波速的重要因素,少量的氣體含量就能使水擊波速大幅度減小,但當氣相含量超過某一臨界值后,隨著氣相含量的增加,水擊波速變化很小；在防噴器處產(chǎn)生的最大水擊壓力要大于井底套管鞋處的最大水擊壓力；水擊壓力隨著閥門關閉時間的增加而減小,水擊壓力會隨著氣相含量的增加而減小。
【關鍵詞】：深水 關井 氣泡 井底壓力 水擊
【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】：TE242
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 研究目的與意義8-9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3 主要研究內容及研究思路15-18
• 1.3.1 主要研究內容15-16
• 1.3.2 研究思路16-18
• 第2章 非牛頓流體內氣泡運動模型18-48
• 2.1 氣侵期間環(huán)空氣泡生成機理18-21
• 2.2 環(huán)空氣泡生成受力分析21-24
• 2.3 環(huán)空氣泡生成尺寸計算模型24-29
• 2.4 環(huán)空氣泡運動規(guī)律研究29-32
• 2.4.1 氣泡運移基本模型29-30
• 2.4.2 氣泡運動方程30-31
• 2.4.3 環(huán)空氣泡體積方程31-32
• 2.5 輔助方程32-43
• 2.5.1 海水溫度場32-34
• 2.5.2 關井井筒溫度場34-41
• 2.5.3 拖曳因子41-43
• 2.6 實例分析43-48
• 2.6.1 氣泡尺寸的影響因素分析43-45
• 2.6.2 井筒氣體膨脹規(guī)律分析45-48
• 第3章 溢流關井井底壓力研究48-67
• 3.1 氣液兩相流特征參數(shù)48-50
• 3.2 地層段井底壓力模型50-57
• 3.2.1 井筒續(xù)流壓力模型50-52
• 3.2.2 氣體滑脫壓力模型52-55
• 3.2.3 綜合壓力模型55-57
• 3.3 節(jié)流管線內壓力模型57-58
• 3.4 輔助方程58-60
• 3.4.1 天然氣物性參數(shù)58-60
• 3.5 井底壓力變化實例分析60-67
• 第4章 溢流關井水擊壓力67-86
• 4.1 水擊波速的計算公式67-72
• 4.1.1 水擊波速影響因素分析69-72
• 4.2 環(huán)形空間水擊數(shù)學模型72-76
• 4.2.1 環(huán)形空間水擊運動方程72-74
• 4.2.2 環(huán)形空間水擊連續(xù)性方程74-76
• 4.3 水擊數(shù)學模型的求解76-80
• 4.3.1 特征方程組76-78
• 4.3.2 特征方程組的求解78-80
• 4.4 水擊模型實例分析80-86
• 第5章 軟件編制86-96
• 5.1 軟件結構框圖86
• 5.2 軟件執(zhí)行流程86-89
• 5.3 軟件典型界面89-96
• 第6章 結論與建議96-98
• 6.1 結論96-97
• 6.2 建議97-98
• 致謝98-99
• 參考文獻99-104
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果104

【參考文獻】

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本文編號：734426