深水隔水管钻井井筒温压场模型的建立

  摘 要 井筒温度和压力场的计算是深水钻井设计的重要内容。综合考虑温压场与钻井液性能的相互影响，建立了深水钻井井筒钻井液性能、温度和压力场耦合计算模型，并进行了求解分析。实例分析结果表明：受海水低温影响，上部井段环空温度会小于入口温度，需注意低温时天然气水合物形成带来的安全隐患；受压力和温度影响，静止时钻井液最大密度出现在海底泥线处，井底处钻井液实际密度小于井口钻井液密度，循环时井内钻井液实际密度和当量循环密度（ＥＣＤ）均大于入口钻井液密度；温压场与钻井液密度耦合对ＥＣＤ影响较大，钻井液粘度与温压场耦合对泵压影响较大，考虑钻井液密度和粘度影响时泵压计算误差将明显降低。

 

  关键词 深水钻井；井筒；温度场；压力场；钻井液性能；计算模型；实例分析随着现代工业的飞速发展，石油能源的需求急剧增加，深水区已成为全球油气资源勘探开发的热点区域［１］。深水钻井水力参数设计与常规钻井存在很大不同［２］，深水的存在导致地层安全钻井液密度窗口较窄，环空压力控制不好容易引起井塌、井漏和井涌等复杂情况发生，这就需要对井筒压力和温度进行更为精确的计算和控制。

 

  对于深水钻井，井筒内存在低温（隔水管段）和高温（地层段）２个温度场，温度场、钻井液性能和井筒压力场是相互影响的。现有关于深水隔水管井筒温压场的研究主要集中在２个方面：一是将温度场和压力场分开计算［３５］，即计算温度场时不考虑压力场的影响，也不考虑温压场对钻井液性能的影响，反之亦然；二是仅在计算钻井液静止井筒压力场时（温度场按地温梯度计算）考虑钻井液密度变化［６９］。而对于循环时钻井液性能，尤其是钻井液流变性能与井筒温度、压力场耦合模型及规律的研究较少，因此有必要结合深水钻井特点，综合考虑钻井液密度和流变性能与井筒温度和压力场的相互影响，建立深水钻井井筒温度、压力和钻井液性能的耦合计算模型，分析深水钻井井筒温度场、压力场变化规律，为我国深水钻井设计提供指导。

 

  由于实际物理过程复杂，为简化计算，建立模型时仅考虑钻井液在井筒内的轴向传热与径向热交换，钻井液、套管和地层等各种热物性参数不变，不考虑钻井液密度变化引起的速度变化，则根据流体力学和传热学原理可以建立如下井筒温度场方程。