井筒温度分布 开题报告
预测井筒压力及温度分布的机理模型
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西安石油学院学报 (自然科学版)
附近低, 于是产生浮力. 黏滞力与浮力的相互作用引
起环空内液体的循环流动. P rand tl 数提供了水力边
界层与热力边界相互作用的一种测量方法. 气体的
P rand tl 数 通 常 接 近 于 1 ( 蒸 汽 为 1. 06, 空 气 为
0109) , 对于一般液体其值为 1～ 10. 其定义式:
预测井筒压力及温度分布的机理模型以上各式中为管子内径rcirco分别为套管内外半径rh为水泥环外tub为油管导热系数wcem为水泥环导热系数w为环空辐射传热系数w比焓梯度dh由下式计算dzdhdzdzdz5t对于液体其压缩系数非常小可以近似认为液体不可压缩据假设条件可得单位长度控制体在单位时间内的热损失为由于钢材和油管内壁水膜的热阻较其他材料小得多在实际应用中可忽略油管套管和管壁水膜对井眼总传热系数的影响
图 2 典型井眼径向温度分布
由于钢材和油管内壁水膜的热阻较其他材料小
得多, 在实际应用中可忽略油管、套管和管壁水膜对 井眼总传热系数的影响. 式 (10) 可简化为
U to =
rto ln ( rins rto ) + k ins
r to rins (h c +
hr) +
rto ln ( rh rco ) k cem
摘要: 基于质量、动量、能量守恒原理及传热学理论, 建立了预测井筒流体压力、温度分布的综合数 学模型, 采用四阶龙格库塔法迭代求解, 可同时预测井筒中的压力和温度分布. 给出了实例, 以井底 温度为基准分别按线性模型和机理模型求出了井筒内温度分布, 并对二者进行了比较. 比较结果表 明机理模型更符合实际. 同时可以看出, 按两个模型求出的井口温度存在较大差异. 关键词: 压力分布; 温度分布; 焦耳2汤姆森效应; 数学模型 中图分类号: T E311 文献标识码: A
油井井筒动液面测量系统设计与研究的开题报告
油井井筒动液面测量系统设计与研究的开题报告
一、选题背景
近年来，中国石油工业快速发展，原油产量逐年增长，对油井的动
液面测量成为了必不可少的一个环节。动液面测量是石油勘探和开采的
重要指标之一，指油井中液面的位置。油井动液面测量技术在石油采油
过程中起着重要作用，涉及到油井生产效率的确定和生产成本的控制。
因此，设计一种可靠、准确、快捷的油井井筒动液面测量系统，对于提
高油田的开采效率、保障石油勘探、提高油气产量和降低生产成本有着
重要意义。
二、研究内容
本项目拟设计一种油井井筒动液面测量系统，主要包括以下内容：
1.系统的架构设计：包括系统拓扑结构、软硬件环境等方面。
2.探头设计：针对油井井筒的特点，设计一种适合于该系统的探头。
3.数据采集：通过传感器采集油井井筒中的压力、温度等数据，实
现对液面的测量。
4.数据传输：采集完成后，将数据通过无线通讯或有线通讯实时传
输至数据中心。
5.数据处理：对传输回来的数据进行处理、分析和存储，形成基础
数据。
6.结果展示：通过数据可视化技术展示测量结果，直观显示油井井
筒中动液面的变化趋势，帮助工程师进行油井管理和维护。
三、研究意义
1.对油田生产效率和成本的控制具有重要作用。
2.增强了对油井中液面行为的深入理解，有助于更好地制定油井管理和调整油井开采策略。
3.提高了油井生产数据的准确性和实时性，有利于解决油井管理和维护的实际问题。
4.有利于推动油田信息化建设，提高生产管理水平。
四、研究方法
本项目计划采用以下方法：
1.文献资料调研和现场实地考察，了解目前油井动液面测量技术的发展状况和应用现状。
高温井井筒温度分布计算方法
掣＋ｉ＋ 一 ｇ ｓ 旦 ｎ
数， 表达 式如 下 ：
（ ２ ）
与地层发生热交换 。 本文 假设井 筒内传热为稳态传热 ，
这 里不 考虑相 态 的变化 ．焓是 压力 和温度 的 函
地层传热为非稳态传热 ， 并建立 了井筒稳态传热模型 ，
联 立 式 （） （）得 到 ： １和 ５ ，
元体 ， 同时从 单 元体 内流 出到地层 热 量为 Ｑ， 在 处
有 （ ｉｌ热 量流 人单 元体 。并 将 势能 和 动能 加入 到 ｗ ｌ）
流 体 的热 能 中来 ， 以得 到能量 平衡 方程 …： 可
ｄ（ ， ～ ＋ （ ｚＴ ） ｚＬ －Ｒ 等 唾 Ｌ－ ７ ）
度 ， ／； 为 流 体 质 量 流 量 ，ｇｓｃ 流 体 比 热 ， ｍｓ ｋ ，； ＇ 为
Ｊ（ ｇ Ｋ） 为油 管 中流体 温度 ， Ｃ 为 焦耳一 汤姆 ／ｋ ・ ； Ｋ； ｊ 逊 系数 ， ｍ ＫＪ Ｉ。
井 厩
井 筒流 体热量 流失 到地 层 中的热量 ： Ｑ； Ｔ一 ｃ（ ｅ ）月 （） ５
２３ 气 、 两相流 ． 液
（ － ￣ （ ）ａｎ ）Ｒ ｒ Ｌ ｈ Ｌ ｇｓ ａＬ一 ｒ ＋ ｉ
ＣＰ
（） ９
（０ １）
对 于一些 气井 ， 生产 过程 中存在多 相流 时 ， 假设 和 与井 深无 关 ， 一 阶微 分方程 ， ： 解 得
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法主要有传热传质方法和数值模拟方法。传
热传质方法主要包括经验公式计算法、热平衡计算法、温度修正计算法等；数值模拟方法主要包括有限差分法、有限元法、有限体积法、计算流体力
学（CFD）方法等。
1.经验公式计算法：
经验公式计算法是一种简单快捷的计算方法，适用于一般情况下的井
筒流体温度分布计算。常用的经验公式有Dahlberg公式、Kutateladze
公式等。这些公式通过对传热传质过程的相关参数进行简化，直接给出井
筒流体温度分布结果。
2.热平衡计算法：
热平衡计算法是一种基于热平衡原理的计算方法，适用于流体温度在
井筒中实际变化较大的情况。该方法将井筒流体划分为若干等温段，分别
计算每一段的温度分布，然后根据热平衡原理来确定各等温段之间的温度。
3.温度修正计算法：
温度修正计算法是一种对经验公式进行修正的方法，用于更精确地计
算井筒流体温度分布。这种方法考虑了上、下界温度的影响，以及其他一
些边界条件，通过修正公式来改进流体温度分布的计算结果。
4.有限差分法：
有限差分法是一种基于偏微分方程的数值解法，通过将井筒流体温度
分布问题转化为离散化的差分方程来进行计算。该方法将井筒划分为若干
小区域，通过以离散方式近似偏微分方程，计算得到每一个小区域的温度，进而得到整个井筒中温度的分布情况。
5.有限元法：
有限元法是一种将井筒流体温度分布问题离散化为一组有限元单元的
方法。该方法将井筒划分为若干形状各异的单元，通过建立单元之间的矩
阵方程，利用有限元单元之间的连续性条件，求解得到井筒的温度分布。6.有限体积法：
矿井温度测定实验报告
矿井温度测定实验报告
1. 实验目的
本实验的目的是测定矿井深度对温度的影响，了解地下深处的温度变化规律，为矿山生产提供科学依据。
2. 实验原理
地下的温度会随着深度的增加而升高，这是因为地球内部的热量，加上地球表面所接收的太阳能，会逐渐向下传导，导致深处的温度相对较高。
3. 实验器材和药品
- 矿井探温仪：用于测量矿井温度，具有高精度和便携性。
- 矿井递进井技术装备：用于下井，安全而可靠。
- 笔记本电脑：用于记录和分析实验数据。
4. 实验步骤
1. 准备工作：根据矿井的深度分布情况，选择适当的井段进行测温。确保矿井状态稳定，无明显温度异常。
2. 安装探温仪：将矿井探温仪固定在递进井技术装备上，并通过电缆与笔记本电脑相连接。
3. 下井操作：将递进井技术装备慢慢降至矿井底部，确保测得的温度数据准确。
4. 记录数据：在每个井段到达深度时，记录相应的温度数据。
5. 上井操作：将递进井技术装备缓慢抬升，确保操作的安全性。
6. 数据处理：将测得的温度数据导入笔记本电脑，进行数据分析和处理。
7. 绘制曲线：根据数据分析结果，绘制矿井深度与温度之间的变化曲线。5. 实验结果与分析
根据我们实际进行的矿井温度测定实验，我们获得了以下数据：
矿井深度（米）温度（摄氏度）
0 25.6
100 27.3
200 29.5
300 31.8
400 34.2
500 37.0
600 39.9
由上表可知，随着矿井深度的增加，温度呈现逐渐升高的趋势。并且，温度的增加速度并不是线性的，而是会逐渐加快。这是因为地下的热量传导速率随深度的增加而增加，导致温度的升高速度增加。
深水钻井多压力系统条件下的井筒温度场研究
速率或溢流速率) 相等ꎻ ③忽略井筒流体在径向
上的温度变化ꎬ 仅考虑沿轴向的温度变化ꎻ ④海水
与地层的热物性参数为常数ꎬ 不随温度而变化ꎮ 根
据以上假设建立物理模型ꎬ 如图 １ 所示ꎮ
图 １ 深水钻井多压力系统条件下的井筒传热与传质物理模型
Ｆｉｇ １ Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｕｎｄｅｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｅｐｗａｔｅｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ
ｄｕｃｅｄ Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｆｏｒ￣
ｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ Ｔｈｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ
注蒸汽井井筒温度分布简化模型研究
注
井井筒温度分布简化模型研究
应用科技
赵志成
(长江大学石油工程学院，湖北荆州434023；油气钻采工程湖北省重点实验室，湖北荆州434023)
!’
’【}i 薯要】基于能量守恒原理，导出了描述稠油热采井井筒温度分布的数学模型，根据此模型可得到井筒温度分布的解析解。显示井筒温度分布服从指数函数变化规律。计算结果表明井筒温度分布曲线的形状取决于热流体注入量，反映了井筒内流动和传热特征。应用本模型可得
到不同粕气注入童条件下的井筒温度分布曲线，计算方法简便快捷，方便工程应用。
法篷词】注粕气井；井筒温度分布；数学模型
对于热采井而言，特别是注蒸汽过程中，井筒往往需要承受几百
度的高温。井筒温度分布是热采井建井和开采工程的重要参数，不但是采油工程设计和动态分析必不可少的内容，同时也是固井工程中套管附
加载荷计算的重要依据，因此研究井筒内的温度分布十分必要。井筒温度分布可以通过直接测量或者计算两种方法得到，实践证明，对于目前一些深井、高温井，难以通过温度探测器来进行直接测量，可采用数学分析方法对井筒温度分布进行预测。
文献以传热学和两相流理论为基础，考虑到液相对热物性参数的影响，建立了高气液比气井井筒温度分布的计算模型，可以在没有井口资料的情况下计算出气井并筒内的温度分布，同时分析了气产量、液产量、不同液体以及管径等对井口温度的影响：H as an 和K a bi r 提出了气
举井温度分布的半解析解。
上述文献中温度预测模型往往存在可用性问题，由于高度非线性
的方程组及其复杂的数值求解方式，限制了其应用。为了方便工程应
高凝油常规冷采时井筒温度分布分析
０ｃ．２ ０ ｔ ０ ８
高 凝 油 常规 冷 采 时 井 筒 温 度 分 布 分 析
邓 惠 ， 杨胜 来 康铭辉 袁 ， ，
（．中国石 油大学 ， 京 １ 北 昌平
武 沈 ，
政
新民 １０ １ ） １３ ６
１ ２４ ；．中油辽河油 田公 司 ， ０２９２ 辽宁
摘要 ： 井筒温度是影响 高凝 油开发的一 个重要 参数 。以传热 学和两相流理论 为基础 ， 根据 能量
第 １ 第 ５期 ５卷 ２０ ０ ８年 １ ０月
文 章 编 号 ：１０ ０ ６—６ ３ ２ ０ ） ５— ０ １— ３ ５５（０ ８ ０ ０ ９ ０
特 种 油 气 藏
Ｓ ｅ ｉｌＯｉ ａ ｄ Ｇａ ｓ ｒ ｏ ｒ ｐ ｃａ ｌ ｎ ｓＲｅ ｅｖ ｉｓ
Ｖｏ． ５ Ｎ ． １１ ｏ ５
为：
对于中、 高含水的高凝油油藏 常规冷采 ， 降低井 筒
伴 热方式 的高投 入 和 高 能 耗 是 高 效 开 采 面 临 的 一 个重 要研 究课 题 ， 筒温 度分 布分 析是 高 凝油 常 规 井
冷采 可行 性研 究 的基 础 。
１ 数学模型 的建 立
１ １基本 假设 ．
＝１ Ｈ 僦＋ ［ ｅ Ｔ ｍ１ ｌ ｘ 一 — ＋ 卜ｅ— １ｐ ＿
的长度 ， Ｋ 为隔热油管段产 出液与地层 间的传 ｍ；
水平井井筒温度场模型及ecd的计算与分析
水平井井筒温度场模型及ecd的计算与分析孔井井温度场是地球物理学中一个重要的研究问题，往往是用来描述地下温度场的随深度变化情况。在石油勘探和勘探工程中，水平井井温度场可以提供地下温度场的精确分析，更好地帮助开发者了解地下热能资源有关信息。本文将介绍水平井井温度场模型及ECD （Energy Conservation and Differential）的计算与分析。
I.平井井筒温度场模型
水平井井筒温度场模型是根据地下的热传导机理建立的数学模型，主要用来描述地下温度场的随深度变化情况。基本模型包括井井温度场相对于一定的深度的温度数据，可以用温度记录器实现，也可以用电阻表实现。水平井井筒温度场模型具有以下两个特征：（1）惰性性：在模型中，井井温度场变化只受深度影响，受到低温地层的影响较小。
（2）稳定性：由于井井温度场构成一个热平衡系统，因此在热源不变的情况下，水平井井筒温度场模型具有相对稳定的特征。
II. 井井筒温度场ECD计算
利用ECD（Energy Conservation and Differential）方法可以快速的计算出地下的温度场变化情况。按照ECD方法，原始热量方程可以写作：
$$
frac{{partial T}}{{partial t}}=alpha
left( {frac{{partial^2 T}}{{partial x^2 }}+frac{{partial^2
T}}{{partial y^2 }}} right)+q
$$
其中，$T$为地下温度，$alpha$为热介质的温度差系数，$x$和$y$分别为水平井井温度场的横纵坐标，$q$为热源。通过求解上述的原始热量方程，就可以计算出地下温度场的随深度变化情况。
电潜泵井井筒压力温度分布的仿真研究
解水 伤 害 技术 等 ， 于 纯 梁 敏感 性 油 藏 的 解 堵 具 有 对
解 堵效 果有 了很 大 的提 高 。
较 强 的针 对性 和适 应性 ， 场 应用取 得 明显效 果 。 现
［ 考文 献 ］ 参
万 酸 Ｅ ７ 罗 英 俊 ， 仁薄 主 编． 化及 酸压 技 术 ．采 油 １ 技 术手册 ，０ ５ ７ １ ４ ＂ １ １ ． ２ ０ ； ：０ ５－ １ ７ ＂ 压 Ｅ ７ 万仁 薄主编 ． 裂 酸化技 术 。采 油 工程 手册 下 ２
收 稿 日期 ：０ ７ ８ ｌ ２ ０ 一Ｏ 一 ２
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２ ０
２ ２ 管 路子 系统 的数学 模型 ．
内 蒙 古石 油 化 工
２ ０ 年第 ８ ０８ 期
Ｄ ＝ ［ ０— ３ （ １ Ⅳ １— ， ／ ｃ ・ 。 ） （ ） １ 式 中 ： 电机 发热 使产 出液增 温 ， ； Ｄ 一 ℃
要 的 机 械 采 油 设 备 在 油 田得 到 了 广 泛 的 应 用 。 电 潜
泵 在 生产 过 程 中 ， 了解 油 井 井筒 的温 度 和 压 力对 掌
电潜 泵在 工 作时 ， 级离 心 ຫໍສະໝຸດ Baidu和管 路 、 层组 成 多 地
气举井井筒温度场分布研究
得 井 筒温 度 降低 幅度越 大 。井 筒 温 度越 低 ，油 管 向
力 ， 以此 来 满 足 较 小 的 注 气 量 。 ５ 通 过 对 注 气 压 力 的 敏 感 性 分 析 ， 可 以 看 ）
随着 注气 量 的 增加 ，气举 阀上 部 井 段 ，温 度逐 出 ，在 最优 注 气压 力 的基 础上 ，随 着注 气 压力 的增 渐 下 降 。在气 举 阀处下 降 幅度 最 大 ，随着井 筒 深度 加 ，气 举 阀前 后温 降 呈直 线增 加 ，导致 井 筒温 度不
［］ 李 安 ． 续 气 举 条 件 下 举 液 管 柱 传 热 系 数 的 确 定 ［］ １ 连 Ｊ．
的局 限性 。
注 气 温 度对 气举 井井 筒 温 度 场 分 布 影 响 不 大 ， 主要 集 中在 靠 近井 口井 段 ，注气 温 度越 高 ，该 井 段
井 筒 温度 越高 。
■■一
Ｔｓｎ ｅｔ ｇ＆Ｒｓａｃ ｉ ｅｅ ｒｈ
由于 ：产 量较 低 时 ，随着 产量 的增 加 ，注气 量 近乎 气举 阀下 部 ，温度 梯 度较 小 ，压力 梯度 较 大 。
有杆泵采油井井筒温度分布预测
分布预测方法 ， 为有杆泵采油井采油工艺设计提供
了有力支 撑 。 ｌ 井 筒总传 热 系数 计 算 在 建 立井 筒 温度 场 预测 模 型 前 ， 首 先 做 以下 假
设： ①井筒 传 热模 型系统 以油管 中线 为 中心 轴对称 ， 且 井筒温 度分 布呈 轴对 称 。 油管 、 油 套环 空 、 套管 、 水 泥环、 地层均 为各 向同性 ； ② 原 始 地层温 度 随井深 呈 线 性分 布 ； ③ 进行 地层 传热 模拟 时 ， 只考 虑 地层 中热 传 导影 响 ， 不 考虑 地层 岩 石 间热 对 流 和热源 的影 响 ； ④ 整个 井筒 系统 中所有 组 成部 件 材料 的热 物性参 数 均保 持恒定 。 有杆泵 采油 井井筒 温 度场 的变化 遵循 能量 守恒 原理 ， 即单位时间流入井简单元体 内的热量和单位 时间外界对井简单元体 的做功的总和等于单位时间 井简单元体 内能量变化量 。 依据能量守恒基本原理 ，
收 稿 日期 ： ２ Ｏ １ ４ 一Ｏ ７ —１ Ｏ
・ ℃） ］ ； Ｔｓ —— 油管 内流 体 温 度 ， ℃； Ｔｈ —— 地 层温 度， ℃； △ Ｌ —— 单元 段 长度 ， ｍｍ。 计算 井 筒热 传递 的 关键是 确 定总 传热 系数 。整 个 井筒 系 统 内存 在 热 传 导 、 热 辐射 和热 对 流 三种传 热 方式 ， 由于 井 筒 不 同深 度 二 维 剖 面 的传 热部 件 不 同， 如最 简单 的双 层 套管 井 身结构 ， 存 在井 口至表层 套 管 下入 深 度段 、 表层 套 管 下 入 深度 至 动 液 面深度 段 和动液 面 以下 段三个 不 同的传 热段 ， 因此 ， 将井筒 系 统 纵 向上 分为 三段 ， 分 布 来 计 算 井 口至 表层 套管 下 入深 度 段 、 表 层 套管 下 入 深 度 至动 液 面 深 度段 和 动液 面以下 段 的总 传热 系数 ］ 。 ① 动液 面 以下井 段 Ｕ 由下式计 算
钻井过程中井筒温度分布影响建模研究
钻井过程中井筒温度分布影响建模研究作者：高金龙闫旭光毛登周李超陈喜东
来源：《粘接》2024年第03期
摘要：為掌握钻井过程中的井筒温度分布规律。建立了直井钻井过程中井筒和地层瞬态二维传热模型，研究了入口温度、钻井液导热系数和地温梯度对直井井筒温度分布的影响，实验结果表明，环空内钻井液和钻柱内钻井液温差最大在井筒温度等于地层温度处；入口温度影响井口附近井筒温度，但井深增加后地温影响更大；钻井液密度增加，井筒上部温差增大；钻井液导热系数增加，井筒上部环空内温度降低，下部升高。模型计算结果与现场温度数据吻合度高，最大相对误差仅为1.65%和0.79%，表明模型有效可靠，可为钻井作业提供指导。
关键词：钻井；循环阶段；井筒温度；分布规律
中图分类号：TE242;TQ326.4
文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0120-05
Modeling research on influence of wellbore temperature distribution during drilling
GAO Jinlong1，YAN Xuguang2，MAO Dengzhou2，LI Chao2，CHEN Xidong2
（1.Shaanxi Yanchang Petroleum （Group） Co.，Ltd.，Yanchang Gas Field Production Plant 3，Yan’an 716000，Shaanxi;
2.Xi’an Alberta Environmental Analysis and Testing Technology Co.，Ltd.，Xi’an，Shaanxi 710000）
深水钻井井筒内温度、压力分布研究
龙源期刊网
深水钻井井筒内温度、压力分布研究
作者：刘晓兰
来源：《中国科技博览》2013年第06期
[摘要]中国的深水海域油气资源仍处在勘探开发的初期。为保持海洋油气资源的持续开发能力，海洋石油勘探开发开始向深水区域转移。在深水油气钻探过程中，研究深水钻井井筒内温度、压力场的分布对石油钻采具有重要的现实意义，通过研究，得到了适用于中国南海的海水温度场和深水钻井井筒环空在循环及停止循环期间温度场、压力场的计算方法，给出了不同条件下环空温度场、压力场的计算结果。
[关键词]深水，温度场，压力分布，环空
中图分类号：TE271 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2013）06-0020-01
热采井井筒环形空间温度场分布研究
对地层-水泥环-套管组合系统的温度有着明显的影响作用遥
关键词：注蒸汽采井曰 ANSYS曰 温度场曰 轴向曰 径向
中图分类号：TE355 文献标志码：A
文章编号： 1004-275X （2019） 08-071-02
S tu d y o n t e m p e ra tu re F ie ld D is trib u t io n in A n n u la r S p a c e o f H o t p ro d u c tio n W e lls
本文以注蒸汽井井筒作为研究对象袁 利用大 型通用有限元分析软件 Workbench17.2 对其温度 场分布进行研究袁 定量分析了支温度场在轴向和 径向的分布情况遥
1 有限元分析
1.1 模型建立 本文的研究模型较为简单袁 直接采用 ANSYS
软件建模并划分网格遥 由于所建模型所取的地层 厚度远大于油管-水泥环的厚度袁 所以截图时只 取到油管-水泥环组合遥 由于套管及水泥环径向 尺寸远小于轴向尺寸袁 可把三维空间的热-结构 耦合力学问题简化为热-结构耦合的对称平面应
地层 2390 2.69 25 0.21 10.3
1.2 边界条件及网格划分 假设注汽过程中固井状况良好袁 套管尧 水泥
模型几何尺寸院 油管内径为 49.6 mm袁 外径为
60.3mm袁 环空厚度为 31.9mm袁 N80 套 管内 径 为
井筒流体温度分布计算方法
井筒流体温度分布计算方法
在多相管流压力计算中，需要油藏流体的高压物性数据，而流体的高压物性对压力和温度非常敏感，因而准确预测多相流体的温度是压力梯度计算的基础。另外，油藏流体沿井筒向地面流动过程中，随着不断散热，其温度将不断降低，油温过低可能导致原油结蜡，因而多相流体温度的准确预测对怎样采取防蜡措施、是否增加井口加热设备等也是很重要的。
国内外对井筒流体温度分布进行了大量的工作。早在1937年，Schlumberger 等人就提出了考虑井筒温度分布的意义。五十年代初期，Nowak 和Bird 通过井筒温度分布曲线解释注水和注汽剖面。Lasem 等人于1957年首先提出了计算井筒温度分布的方法。Ramey.H.J 于1962年首先用理论模型描述了井筒中流体温度分布于井深和生产时间的关系。
Ramey.H.J 从能量守恒的观点出发，建立了计算井筒温度分布的能量守恒方程
J
dW dQ J g udu
J g gdZ dH l c c -
=++
(2-8)
Ramey.H.J 利用该模型推导了向井中注入液体和气体时的温度分布公式。 当注入液体时：
A
z
l e b aA t T b aA aZ t Z T --+++-=])([),(0
(2-9)
当注入气体时：
A z
l e c a A b t T c a A b aZ t Z T -⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛
±+-++⎪⎭⎫ ⎝⎛±-+=7781)(7781),(0
(2-10)
式中： []Uk
r t Uf r k W A c 112)(π+=
Eickmeier 等人于1970年在Ramey.H.J 研究的基础上建立了一套关于注液和产液期间液体和井筒周围地层间热交换的有限差分模型。计算过程中，将油管、套管、水泥环及地层的传热全都考虑在内。但作者仍然只是研究单相流体的温度分布，传热计算中把流体的物性等都看作是常数。后来，Satter 对注蒸汽是相态的变化对温度分布的影响进行了研究。Beggs 和Shiu 对Ramey.H.J 方程中的A 提出了估算方法。
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本科毕业设计（论文）开题报告
题目：钻井井筒温度场计算
学生姓名：
院（系）：
专业班级：
指导教师：
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.