深水钻井气侵过程中的井筒温度压力模拟研究

发布时间：2017-07-14 17:09

  本文关键词：深水钻井气侵过程中的井筒温度压力模拟研究

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【摘要】：随着世界各经济体的经济复苏,各国对化石能源的需求量与日俱增。为了满足日益增长的需求,人类开始向深水领域进军,这使得深水钻井安全成为近几年诸多学者研究的热点问题。在深水钻井过程中,探究井筒内的压力和温度分布,尤其在早期气侵过程中的温度压力分布,对于保证深水钻井安全快速进行,具有非常重要的现实意义和应用前景。本文以深水钻井过程中井筒中的循环流体为研究对象,以地层渗流理论、多相流理论、传热理论、流体力学为理论基础,在对国内外研究现状调研的基础上,优选适应性强、精度高的模型,推导了深水钻井气侵过程中的井筒温度压力模型,编制了模拟软件进行了井筒温度压力的计算,并基于WORKBENCH有限元软件进行了对比分析以及分析了气侵对井筒温度压力的影响规律。揭示了气侵后气侵量的变化规律。发生气侵后气侵量随钻气侵时间的增长,气侵量也不断增加；当机械钻速增大后,在相同时间内打开产层的厚度变大,进入到井筒的气体越多,气侵量越大；渗透率增大后,在相同时间内流入到井筒的气体就会越多,气侵量越大。分析了气侵过程中环空温度的影响因素。气侵过程中的环空循环温度主要受到地温梯度、钻井液导热系数、海水深度、排量、钻井液入口温度的影响,气侵量对环空温度的影响较小。基于WORKBENCH有限元软件进行了井筒温度压力模拟。通过对比分析得出：钻柱内压力场相比较实测值偏差1％,Fluent模拟值偏差5%；环空温度场模拟值与模型值相比偏差6%；环空气体体积分数与模型值相比偏差3%。揭示了气侵对井筒温度压力的影响规律。气侵量越大,环空温度越低,但变化幅度很小。气侵量越大,井底压力下降的越快。气侵时间越长,环空压力越低。揭示了气体涌入井筒后在环空上升的膨胀规律。体积膨胀倍数在地层环空随井深的减小在缓慢地增加,当气泡进入隔水管之前气体体积仅膨胀2倍,当气体运移到隔水管后,体积膨胀倍数快速增大,运移到井口附近时体积大约增长了18倍；钻井液密度越大,气体体积膨胀的倍数越小,钻井液密度增加1.46倍,气体体积膨胀的体积减小11倍。
【关键词】：深水钻井 气侵 井筒温度 压力 模拟
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE24
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究的目的及意义8
• 1.2 国内外研究现状8-14
• 1.2.1 井筒多相流研究现状8-9
• 1.2.2 地层渗流模型研究现状9-10
• 1.2.3 深水井筒压力场研究现状10-11
• 1.2.4 井筒温度场研究现状11-13
• 1.2.5 井筒温度压力耦合计算研究现状13-14
• 1.3 存在的问题14-15
• 1.4 研究内容及技术路线15-16
• 第2章 深水钻井气侵时井筒流体流动模型16-29
• 2.1 深水钻井气侵过程中井筒流体流动特征16-24
• 2.1.1 井筒流体的流动特征参数17-19
• 2.1.2 流动控制方程19-22
• 2.1.3 流动形态的判别22-24
• 2.2 深水钻井随钻气侵量计算模型研究24-26
• 2.3 实例计算及结果分析26-29
• 第3章 随钻气侵过程中的井筒温度压力模型29-55
• 3.1 深水钻井随钻井筒温度压力模型29-37
• 3.2 辅助参数的计算37-42
• 3.3 井筒温度压力模型的求解42-48
• 3.3.1 模型的离散过程42-47
• 3.3.2 模型的求解步骤47-48
• 3.4 实例计算及影响因素分析48-55
• 3.4.1 实例计算48-50
• 3.4.2 井筒温度压力场的影响因素分析50-55
• 第4章 基于WORKBENCH深水钻井气侵过程中的井筒温度压力模拟55-66
• 4.1 WORKBENCH模拟深水钻井气侵过程井筒温度压力的数学模型55-59
• 4.1.1 VOF模型55-56
• 4.1.2 能量输运模型56-57
• 4.1.3 湍流模型57-59
• 4.2 深水钻井井筒几何模型的建立及网格划分59-62
• 4.2.1 建立深水钻井井筒几何模型59-60
• 4.2.2 计算域网格划分60-61
• 4.2.3 网格质量分析61-62
• 4.3 边界条件的设置62
• 4.4 计算过程62-63
• 4.5 模拟结果及对比分析63-66
• 第5章 气侵对井筒温度压力的影响及气体沿环空上升的膨胀规律研究66-74
• 5.1 气侵量对井筒温度压力分布的关键因素66-69
• 5.1.1 气侵量大小对环空温度场的影响66-67
• 5.1.2 气侵量大小对井底压力的影响67-68
• 5.1.3 气侵时间对环空压力的影响68
• 5.1.4 气侵量大小对溢流体积的影响68-69
• 5.2 深水钻井气体沿井筒上升的膨胀规律分析69-72
• 5.2.1 隔水管段气侵时气体膨胀倍数随井深的变化规律69-70
• 5.2.2 地层段气侵时气体膨胀倍数随井深的变化规律70
• 5.2.3 钻井液密度对膨胀倍数的影响70-71
• 5.2.4 溢流体积随时间的变化规律71-72
• 5.2.5 溢流体积随井深的变化规律72
• 5.3 深水钻井气侵过程中安全钻井的方法72-74
• 第6章 随钻气侵井筒温度压力模拟软件编制74-80
• 6.1 软件的运行环境及主要功能74-75
• 6.2 软件的计算界面75-80
• 第7章 结论及建议80-82
• 7.1 结论80-81
• 7.2 建议81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果88

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本文编号：541913