井筒温度分布--开题报告.doc

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目： 钻井井筒温度场计算
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完成时间： 2012 年 3 月 日

1.课题的意义
随着世界能源需求的增加和石油工业的发展,钻深井、超深井已成为油气开发的重要途径,目前国内钻深井和超深井已相当普遍。然而,在钻井工程过程中,复杂条件下深井探井钻井常遇到的复杂情况(喷、漏、塌、卡、斜……)是目前阻碍油气勘探进程的重大障碍,也是至今未能很好解决的重大技术难题。低安全密度窗口已成为钻深井、超深井的主要技术瓶颈。发展深井、超深钻井液是解决这一难题的重要发展方向。由于在钻井过程中,油井工作液与地层间存在温度差，井内流体同近井壁地层发生热量交换，使井壁温度发生改变，导致井周地层岩石产生附加温变应力，改变井壁周围应力状态分布，从而对井壁的稳定性产生显著影响。因此分析钻井过程中井壁及近井壁地层的温度分布特征、扰动变化规律及其影响因素，显得尤为必要。井下循环温度对深井、超深井的钻井与完井工程的影响越来越突出。它不但影响钻井液性能变化、钻井液当量密度的预测、安全密度窗口的确立,而且关系到注水泥作业的成败与注水泥质量的高低。同时它还与井内压力平衡、井壁稳定、套管和钻柱强度设计密切相关。因此,准确预测钻井过程中井内温度值,掌握其分布和变化规律对钻井作业安全、快速的钻进具有十分重要的意义。
其次，井筒的温度分布是气井设计和动态分析必不可少的参数，可以通过直接测量或者计算两种方法得到。但是目前对于一些超深、高温高压或井况复杂的气井，难以进行直接测量；对于高气液比气井，井筒温度分布的计算方法存在计算精度低和可用性问题。因此，研究井简内的温度分布十分必要。
钻井工艺始终贯穿于油气田勘探开发的地质勘探、区域勘探和油田开发的三个阶段中。在深井、超深井的钻井工艺中，受地层加热的作用，温度已成为影响深井快速、安全、经济钻进的重要因素。因此，研究钻井中井筒内的传热具有非常重要的意义。
2．国内外研究现状
（1）钻井技术
§ 公元二百多年前在我国自贡开始用“顿钻”法钻盐井和天然气井。
§ 公元1820年，钻井深度已超过一千米。
§ 世界上第一口油井，Drake Well,Titusville（泰特斯维尔城）, Pennsylvania, USA, Sunday, August 28, 1859.(69.5 ft)，爱德温·德雷克；
§ 1900年左右，开始使用“旋转钻”进法；
§ 1976.4.30，钻成我国第一口超深井，四川女基井(井深6011米)；
§ 1978.1.31，钻成四川关基井，井深7175米(1141天)；
§ 1979.4.27，钻成新疆固2井，井深7002米(352天)；
§ 现在，德国、美国和苏联的钻井深度已接近或超过一万米。美国，1974年，井深：9583m；德国，1994年，井深：9101米；前苏联，90年,12260m。
随着我国深层找油找气力度的加大，不可避免地会遇到高温高压条件下钻井与完井问题。一般来讲，井越深，井下的压力和温度越高，技术上的难度越大。在世界很多地方，如美国、北海等地区，很多储层压力超过100 MPa 、井底温度超过200℃的地层已经被开采。在我国，陆上的塔西南油田、四川的川东气田、海洋的南海莺琼盆地等地区都存在着不同程度的高温高压钻井和完井问题。
我国在六十年代中期就打成了两口7000米以上的超深井；我们在 塔里木和胜利油田已用水平井开发整个油田；能够打垂直井深达5000米的超深水平井和大斜度井；能够用边喷边钻等工艺技术进行欠平衡钻井； 的超深水平井和大斜度井；能够用边喷边钻等工艺技术进行欠平衡钻井；能够在巨厚的盐层、煤层中钻井；能够在高陡构造和强地应力等井壁极不稳定地区钻井；能够在高压多油气系统和高压含硫气田安全地钻井和测试完井；
97年在南海西江2424--33--AA1414井成功地创下了当时世界大位移井的记录。我国钻井年进尺量一直保持在1500万米以上，居世界前列。我国钻井技术已走出国门。应该肯定我国钻井技术的发展是高速度水平的。可以说，过去和现在我国钻井技术是领先于石油工程整体水平的 确实起到了龙头作用。
但我国在智能钻井、复杂结构井、 多分支井 、大位移井和柔性挠管钻井完井等方面几乎还是空白或刚刚起步。钻井信息技术、随钻测量技术和深井技术（尤其是深初探）方面差距较大。水平井的应用还未达产业化的程度。钻井总体差距约为5—10年。
（2）井筒温度
温度对井壁稳定的影响研究始于20世纪80年代初期，前苏联在钻地热井时考虑了钻井液温度和钻井液冷却措施。
高温井钻井过程中保持井壁稳定的关键是确定合理的钻井液密度范围,而确定地层坍塌压力和破裂压力的常规方法中并没有考虑地层温度变化的影响,为安全钻井带来隐患。许多研究者对高温井钻井和完井过程中的井壁温度场进行了研究,但却未能实现与井壁稳定性分析有效结合。虽然高温井井壁稳定性研究取得了大量的研究成果,但温度对井壁稳定性的影响研究还基本上处于定性分析阶段。
3.毕业设计（论文）的主要内容
（1）分析在钻井过程中钻井液与地层各阶段的热交换。
钻井过程中，钻井液在由地面一钻柱一环空一地面的循环过程可分为三个阶段:(l)由地面进入钻柱，经钻柱的下行过程;(2)钻井液在井底通过钻头由钻柱进入环空的过程;(3)钻井液经环空上行、返回地面的过程。每个阶段钻井液都不断与井周地层发生热交换，引起钻井液与地层温度的不断变化。
（2）根据相关简化假设，建立钻井井筒壁温度场的数学模型（能量微分方程、边界条件和初始条件）。
（3）在数学模型的基础上，用差分法建立钻井井筒温度场数值计算模型。
（4）用相关语言编写数值计算模型的计算程序。
（5）将实际或假设参数输入程序进行计算，分析钻井井筒温度场分布规律以及影响因素。
4.所采用的方法、手段以及步骤等
（1）调研和收集有关钻井井筒温度场计算的国内外文献。
（2）分析有关钻井井筒温度场计算在工程上的意义，论述国内外在此领域基本的研究与应用历史、现状以及发展趋势等。
（3）通过软硬件结合的方法，利用仿真软件验证模型的正确性、合理性、有效性和实用性。
（4）分析钻井井筒温度场计算分析规律以及影响因素，并提出改进措施完善模型的适用性。
5.阶段进度计划
预计用12周完成毕业论文，具体时间安排如下：
第1—3周：查找相关文献，分析题目，完成SPE文献翻译内容与开题报告。
第4—6周：撰写毕业论文初稿。
第7—9周：系统进行研究与分析，进行论文的修改与完善。
第10—12周：完成论文，定稿。
6.参考文献
[1]李兆敏，黄善波，石油工程传热学—理论基础与应用.东营：中国石油大学出版社，2008.7.
[2]张培丰，地层温度对科学超深井井壁稳定的影响.探矿工程，2008年第38卷第10期.
[3]李嗣贵，邓金银，蔚宝华，于连俊，高温井地层破裂压力计算技术.岩石力学与工程学报.第24卷增2,2005年11月.
[4] 汪海阁，刘岩生，杨立平.高温高压井中温度和压力对钻井液密度的影响［J］钻采工艺，2000,23(1) :56-60.
[5] 邓金根，程远方，陈勉，等.井壁稳定预测技术［M］北京: 石油工业出版社，2008.31-46.
[6] 邓金根,张洪生. 钻井工程中井壁失稳地力学机理. 石油工业出版社,1998.10.
指导教师意见：

指导教师签名：
年 月 日
系（教研室）意见：

主任签字：
年 月 日