钻头机械能对深水钻井井简温度场影响分析.pdfVIP

石 油 机 械 2010年 第38卷 第 11期 CHINA PETROLEUM MACHINERY 钻井新技术 钻头机械能对深水钻井井简温度场的影响分析 崔 猛 翟应虎 于 洋 翟小强 (1．中国石油大学 (北京)石油工程教育部重点实验室 2．中国石油集 团钻井工程技术研究院) 摘要 从影响深水钻井井筒温度分布的因素出发，在常规钻井井筒温度计算理论和模型的基 础上 ，应用能量守恒方法，建立 了深水钻井井筒温度预测模型，综合考虑 了钻头机械能破岩生热、 钻井液循环摩阻生热等诸多热源对钻井液温度场 的影响。结果表 明，钻头机械能在破岩过程 中产 生的热量流入地层岩石，钻井液在井底携岩过程 中温度产生了瞬时波动，温度波动范围为 2～4 ℃，钻头机械能是研究深水钻井井筒温度场不可忽略的一部分。所建模型的求解结果与实测结果 相比，最大误差小于5％，证 明该模型具有较高的精度。 关键词 深水钻井 钻头 机械能 井筒温度 生热 摩擦阻力 破岩 0 引 言 1 井筒循环温度数学模型 在深水钻井中实施控压钻井方式 ，可以在钻井 1．1 方法原理 液密度窗 口低的深水钻井条件下顺利钻进。控压钻 笔者的方法是在所有热力学参数、钻井液有关 井要求在精确确定钻井液井底当量循环密度 (ECD) 参数及井身结构 已知的情况下，根据钻井液、钻 的基础上，合理调节井 口回压或钻井液密度，以达 柱、套管、井壁、地层、海水、隔水管之间的热传 到控压钻井的效果。对于深水钻井而言，由于其井 导及热对流过程 ，并考虑钻井液循环摩阻生热和钻 筒温度分布与陆地钻井不同，而且温度影响钻井液 头机械能损耗生热因素，将井筒的热量传递过程分 密度和其他流变参数，进而影响流动压耗和 ECD 为钻柱 内井 口至井底 、环空井底至海底泥线 、海底 值 ，所以深水钻井井筒温度对深水井控安全有着重 泥线至海平面环空出口3个阶段 。根据能量守恒原 要影响，有必要建立深水钻井温度计算模型。传统 理 ，建立了相应的井筒温度场计算数学模型，通过 的井筒温度计算方法主要有3种：一是API的经验 对模型求解得到随井深变化的井筒内温度值。 计算方法 ¨，二是以Ramey为代表的经典温度计算 1．2 基本假设 模型¨，三是 以Hasan—Kabir为代表的机理计算模 在模型的建立过程 中，为了优化计算模型，并 型 ¨。以上3种方法均没有考虑井底钻头机械能损 使优化模型满足深水钻井施工的精确计算，根据井 耗生热造成的温度影响，不适用于深水钻井井筒温 筒中实际流体的传热特点，笔者提出以下假设条件： 度计算。 (1)由于井筒 内轴向热对流产生 的热量远远 笔者从影响深水钻井井筒温度分布的因素出发 ， 小于径向上热对流产生的热量，故忽略轴 向上热对 在常规钻井井筒温度计算理论和模型的基础上，应 流产生的热量； 用能量守恒方法，建立深水钻井井筒温度预测模型， (2)在计算中忽略海水、地层、管材、水泥环 综合考虑了钻头机械能破岩生热、钻井液循环摩阻 及钻井液径向温度梯度，即径向上不存在温度梯度 ； 生热等诸多热源对钻井液温度场的影响，使井筒温 (3)在计算中忽略温度和压力对海水、地层、 度计算结果更加准确。 钻井液、管材及水泥石的热物性参数影响，并且假 基金项 目：国家 “863”计划项 目 “深水钻井井控技术” (2006AA09A106)的部分 内容 。 石 油 机 械