超深井井筒溫度數(shù)值模型與解析模型計(jì)算精度對比研究

趙向陽， 趙 聰， 王 鵬， 梁曉陽， 楊 謀

（1.中石化石油工程技術(shù)研究院有限公司, 北京 102206；2.中國石油冀東油田公司陸上作業(yè)區(qū)生產(chǎn)建設(shè)保障中心, 河北唐山 063000；3.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西南石油大學(xué)）, 四川成都 610500）

很多陸上探井的完鉆井深超過8 000 m，如塔里木油田輪探1井和滿深3井的完鉆井深分別為8 882 和 8 010 m；順北油田鷹 1 井、蓬 1 井和順北 5-5H井的完鉆井深分別為 8 588，8 450 和 8 520 m[1–2]。隨著井深增加，地層溫度快速上升，井深8 000 m處的初始地層溫度已超過180 ℃。井下高溫對保持鉆井液和固井水泥漿性能、防止鉆具腐蝕產(chǎn)生不利影響。因此，國內(nèi)外學(xué)者基于數(shù)值模型和解析模型預(yù)測和分析鉆進(jìn)中的井筒溫度分布特征，為鉆前優(yōu)化鉆井液等工作液的性能、優(yōu)選鉆具和測量工具提供依據(jù)。

其中，通過數(shù)值模型求解，即基于能量守恒原理，考慮井筒–地層各控制區(qū)域在徑向上和軸向上的熱交換機(jī)理，建立井筒–地層瞬態(tài)傳熱模型（井筒–地層傳熱數(shù)值模型），并應(yīng)用有限差分法和有限元法對該模型求解[3]。截至目前，相關(guān)學(xué)者已開展了直井和水平井井筒溫度敏感因素分析[4–5]，結(jié)合不同鉆井完井工況，論述了溢流、非循環(huán)時(shí)間及水泥漿水化熱對井筒溫度分布的影響[6–9]。為了降低數(shù)值模型的求解難度，A.R.Hasan 等人[10–11]應(yīng)用無因次時(shí)間溫度，將井筒–地層間熱交換表征為擬穩(wěn)態(tài)傳熱過程，鉆柱內(nèi)和環(huán)空中的流體為穩(wěn)態(tài)傳熱過程，建立了井筒擬穩(wěn)態(tài)傳熱模型（井筒–地層傳熱解析模型）。基于此方法，唐林等……