發(fā)布時(shí)間：2018-10-29 15:33

【摘要】：欠平衡鉆井在提高機(jī)械鉆速、減小井下復(fù)雜情況和保護(hù)油氣層方面具有非常明顯的效果。對(duì)于欠平衡鉆井井筒多相流動(dòng),目前學(xué)術(shù)界研究較多的是質(zhì)量交換條件下井筒壓力演變規(guī)律,但是在深層或高地溫梯度地層應(yīng)用欠平衡技術(shù)時(shí),井筒與地層之間同時(shí)發(fā)生質(zhì)量交換、熱量交換所引起的井筒流體特性參數(shù)、井下溫度和壓力變化規(guī)律的理論研究還不完善,這直接影響了欠壓值的確定和欠平衡作業(yè)的效果及安全。為此,本文在前人研究的基礎(chǔ)上,基于傳熱學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、滲流力學(xué)等相關(guān)理論與研究方法,針對(duì)井筒穩(wěn)態(tài)氣液兩相流的流型預(yù)測(cè)和流動(dòng)特性參數(shù)計(jì)算、欠平衡隨鉆動(dòng)態(tài)地層流體侵入量計(jì)算、井筒與地層瞬態(tài)傳熱下的井筒溫度分布以及傳質(zhì)傳熱條件下瞬態(tài)多相流動(dòng)等方面展開(kāi)深入地研究,建立了欠平衡鉆井井筒與地層傳質(zhì)傳熱條件下的多相流流動(dòng)模型,為深層或高地溫梯度地層欠平衡鉆井設(shè)計(jì)和施工提供重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。(1)欠平衡鉆井鉆遇油氣藏時(shí),地層流體的侵入量不僅與地層的物理性質(zhì)有關(guān),還與鉆進(jìn)過(guò)程中的井底壓力和鉆井速度有關(guān)。地層流體侵入的邊界條件隨著時(shí)間變化而不斷變化,因此把儲(chǔ)藏中的井段分為瞬時(shí)打開(kāi)井段和已打開(kāi)井段,首先考慮了流體、孔隙介質(zhì)和流動(dòng)條件之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,引入當(dāng)量表皮系數(shù),推導(dǎo)了瞬時(shí)打開(kāi)井段的地層流體侵入量模型,其次考慮了鉆進(jìn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)變化的井底壓力和鉆井速度,推導(dǎo)了已打開(kāi)井段的地層流體侵入量模型,瞬時(shí)打開(kāi)井段和已打開(kāi)井段的侵入量模型共同組成了欠平衡鉆井隨鉆地層流體侵入量數(shù)學(xué)計(jì)算模型。通過(guò)模擬計(jì)算,揭示了欠平衡鉆井過(guò)程中地層流體隨鉆侵入量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。(2)以熱力學(xué)為依據(jù),結(jié)合流體力學(xué)基本原理,考慮導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、焦耳湯姆遜效應(yīng)、摩阻壓降生熱、鉆柱摩擦生熱和地層流體侵入的影響,研究井筒-地層之間的熱交換機(jī)制,建立了欠平衡鉆井井筒與地層的瞬態(tài)傳熱模型。在此基礎(chǔ)上假設(shè)流體性質(zhì)、流動(dòng)參數(shù)與鉆井時(shí)間、井深之間存在不同關(guān)系,分別推導(dǎo)了相應(yīng)的環(huán)空與鉆柱溫度解析模型。揭示了欠平衡鉆井參數(shù)對(duì)井筒溫度的影響規(guī)律：與循環(huán)流體摩擦壓降對(duì)環(huán)空溫度的影響相比,鉆柱摩擦生熱對(duì)環(huán)空溫度的影響較大,在非直井段較長(zhǎng)時(shí)不可忽略鉆柱摩擦影響；注液量、注氣量、注入溫度對(duì)溫度的影響明顯,注液量、注氣量為地面可控參數(shù),在合理范圍內(nèi)可以通過(guò)控制注液量、注氣量調(diào)節(jié)井筒溫度。(3)通過(guò)調(diào)研大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)壓力、溫度、管徑和流道幾何形狀對(duì)兩相流影響的實(shí)驗(yàn)和理論文獻(xiàn),綜合考慮流道幾何形狀、壓力、溫度、管徑及井斜角對(duì)兩相流流動(dòng)的影響,對(duì)原有基于常溫常壓小直徑管的環(huán)空和管內(nèi)氣液兩相流流型判別準(zhǔn)則、流動(dòng)特性參數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行了修正,建立了欠平衡實(shí)鉆條件下的全井段穩(wěn)態(tài)兩相流模型�？紤]地層與井筒傳熱后,環(huán)空井底壓力和立管壓力有所降低。與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明,考慮流道幾何形狀、壓力、溫度、管徑及井斜角的影響后,本文建立的模型預(yù)測(cè)壓力值比Beggs-Brill經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃虷asan-Kabir力學(xué)模型的預(yù)測(cè)壓力值稍大,與實(shí)測(cè)壓力更加接近,預(yù)測(cè)精度得到了提高。(4)基于油氣井流體力學(xué)、滲流力學(xué)和熱力學(xué),針對(duì)欠平衡鉆井的不同工況(正常循環(huán)、溢流、關(guān)井),考慮井筒與地層傳熱、地層流體侵入、油氣相變等影響,建立了欠平衡鉆井傳熱傳質(zhì)與多相流流動(dòng)耦合模型。通過(guò)對(duì)不同工況的具體分析,給出了相應(yīng)的初始條件與邊界條件,并采用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分法對(duì)控制方程進(jìn)行了離散化處理,對(duì)建立的模型進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果表明：地層流體侵入對(duì)井底壓力、井底溫度、各相體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)的影響較大,與之相比井筒與地層傳熱引起的溫度變化對(duì)井底壓力、各相體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)有一定影響但影響較�。话l(fā)生氣侵后,環(huán)空氣體體積分?jǐn)?shù)增大,井底溫度降低,井底壓力先升高后降低；關(guān)井后井底溫度、節(jié)流壓力和井底壓力迅速升高,地層氣體產(chǎn)出速度迅速降低至零。最后通過(guò)實(shí)例對(duì)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE21

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 廖新維,馮積累;深層高壓氣藏井筒不穩(wěn)態(tài)傳熱壓力溫度耦合計(jì)算方法[J];石油勘探與開(kāi)發(fā);2005年01期

2 毛偉,梁政;計(jì)算氣井井筒溫度分布的新方法[J];西南石油學(xué)院學(xué)報(bào);1999年01期

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本文編號(hào)：2298093