海洋深水固井温度模拟技术

海洋深水固井温度模拟技术

发表时间：2019-08-13T15:29:32.103Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：王强

[导读] 从当前的发展情况来看，世界对于能源的需求越来越多，对于石油的勘探一直都是各个国家开发资源的重点内容。

中海油田服务股份有限公司油田化学事业部深圳作业公司广东深圳 518000

摘要：随着时代的不断发展，科学技术也在不断的进步，我国的海洋深水钻井技术也在不断的完善。虽然当前我国的海洋深水钻井技术在发展的过程中得到了有效的提高，但是在具体的运用过程中存在一些问题，当前我国的海洋深水钻井技术能够钻到水深3千米的地方，但是随着水深的不断增加，海洋的温度也会越来越低，在低温下水泥浆对于温度十分敏感。一度到两度的偏差，都会导致整个水泥浆的凝结时间产生极大的变化，这就给后续的固井工作带来了严峻的挑战，如果在转型的过程中不对问题进行充分的了解，将会直接影响整个工程的质量，因此要对海洋深水过程的温度进行模拟。

关键词：海洋；深水固井；温度模拟；技术

从当前的发展情况来看，世界对于能源的需求越来越多，对于石油的勘探一直都是各个国家开发资源的重点内容。如今石油已经变得越来越少，因此石油的勘探工作已经向海洋深处进行发展，目前海洋钻井水深已经超过了3000米，但是随着海洋深度的不断增加，海水的温度也会不断地下降，当深度达到2000米的时候，海水的温度为4摄氏度，但是这仅仅是普通的海洋，对于一些海域温度本身就比较低的地方，甚至会达到零下的温度，这对于整个工程的施工都会造成严重的影响。在常规作业下，水泥浆的温度往往会凝结得很慢。尤其是一些较为特殊的区域甚至会不凝结，面对这样的情况，应该开发出一个低温深水固井的水泥浆体系，以此来保证工程的正常进行。

一、海洋深水温度变化

通过相关的研究表明，当太阳的能量照射到海水深度为100~400米时，还能够有一些温度，但是超过这一范围温度就会不断地下降。随着海水深度的不断增加，温度会下降得逐渐缓慢，泥水的界面温度一般为4摄氏度。但是这样的温度仅是在一般情况下，在一些较为特殊的区域，泥水的界面温度可以降到零下三摄氏度。泥水界面的温度下降会直接影响海洋深水固井技术的开展，海水的低温同样也会影响接近海床的地层温度，其影响深度能够达到海床以下的400多米。海水和表层的温度也会随着柱水泥而产生变化，在固井技术开展的过程中，水泥浆的循环温度通常是27摄氏度，但是随着深度的不断下降，温度可能会降到13摄氏度以下。海洋深水温度的变化会直接影响海洋深水固井技术的开展，因此相关部门一定要对海洋水的温度变化进行及时地掌握，建立一个有效的模拟机制，对于发生的变化进行第一时间的控制，这样才能有效的开展后续的施工工作。

二、注水泥时水泥浆温度变化及模拟

在开采石油的过程中，需要深入到海洋深处进行深水钻井，因为在海洋深处进行操作的过程中可能会存在一些外界因素的影响，导致整个工程的施工受到一定的影响，因此要对注水泥的水泥在温度变化进行及时地掌握和模拟。通过人工操作的方式来将外界的影响控制在最小的范围内，这样才能更加高效的进行施工运作。室内进行水泥浆性能测试时需要的温度参数是井底循环温度和井底静止温度，在对这两个温度进行测量的过程中，一般都是通过专门的仪器进行推算。使用最多的就是API 推荐方法。API推荐方法是假定温度梯度为恒定的值，然后通过计算井底的循环温度和静止时的温度来计算当前的具体温度，通过多次的实验证明，该方法在常规固定作业中能够起到良好的指导作用，但是在具体的操作过程中，存在一些特殊的情况。例如在深水低温过程中受到海水温度或者是流速的影响，都会对整个常规操作造成一定的影响，如果不对一些外在的客观因素进行有效的控制，将会直接影响整个常规操作的正常开展。在海洋中温度的梯度不是一个恒定值，水泥浆的温度会呈现出一个变化的参数，因此则不能使用API推荐进行温度的预测，如果对于一个发生不断变化的值继续采用API推荐方法进行温度预测，将很难得到一个准确的温度，从而会对后续的工程开展造成一定的误导和影响。面对这样的问题，相关的勘测专家提出了预测深水低温固井水泥浆温度的全新方法，该方法一般都是将现场的水泥浆性能进行深入的分析和研究，然后对井内的温度和经验条件以及当时海水的温度流速等多个值作为一个参数，并且通过计算机，进行一个软件的模拟。此时就会形成一个温度的剖面曲线，此时测量出来的温度则更为准确，水泥浆性能试验以温度曲线为实验的温度程序，特别是要对筹划的时间进行严格的控制。在通常情况下，深水低温注水泥的过程是一个先降温，然后再慢慢升温再逐渐降温的过程，因此如果采用常规的方法进行测量就很难得到一个较为准确的数值。不同于常规固井中的水泥浆温度由低到高然后在恒温的过程，因此在面对具体问题的过程中，一定要根据当前的情况进行具体方法的选择，不能对方法进行盲目的照搬。

从当前的发展情况来看，一些国外的公司开发出了温度模拟器，通过温度模拟器就能够对水泥浆的温度变化情况进行较为精确的模拟，这样能够帮助勘测人员更好的掌握当时海洋的温度变化情况。通过图示的显示能够看出，在深水低温注水泥中水泥浆的温度是在不停变化的，而且海洋的流速对温度具有很大的影响。

（一）水泥浆在候凝期水化热的变化

在候凝期操作的过程中，水泥浆水化放热是一个必须要考虑到的问题，水化放热会直接引起水泥浆的温度快速的升高，如果不对这一问题进行科学合理的控制，将会直接加速水泥的水化速度。如果出现这样的情况，水化放热可以使水泥浆的温度在瞬间就升高10摄氏度，这对于整个深水固井工程的开展都会造成十分严重的影响，水泥浆水化放热的速率会受到外界环境的很大影响，如果外界的温度越高，那么水化放热的速度也会越快，因此在一般情况下，泥浆初期的水化放热速率一般都比较慢，这与泥浆本身有着很大的关系，在泥浆开始凝结的初期，凝结的速度会不断加快，这样也会导致水泥浆的温度快速的上升，水化速度也会加快，整个早期的强度也会得到不断地提高，水泥浆的水化在快要结束的时候，由于大部分的热量基本上已经释放，水泥浆的温度此时会达到一个最高温度的温度，会因为水泥浆的温度而产生凝固。

如果当时外界环境的温度较高，此时水泥的水化放热速度会明显加快，在这一情况下如果是同一种水泥将在温度比较高的情况下，强度也会逐渐加快，如果此时施工人员能够第一时间了解当前水泥水化放热情况，并且制定相应的放热装置，那么就能够建立一个科学有效的放热模型。通过这样的方式，能够对水泥的放热情况进行有效的预测，当掌握了放热的具体情况以后，则能更好地开展展深水固井工