考虑固相沉降的井筒温度场与环空压力变化机理研究.pdf

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1、分类号TE931.2学号151020106密级全日制学术型硕士学位论文题目考虑固相沉降的井筒温度场与环空压力变化机理研究作者姓名李洁月导师姓名、职称秦彦斌副教授学科(专业)名机械电子工程称提交论文日期2018年5月31日学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究

2、所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日

3、期：__________导师签名：__________日期：__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：考虑固相沉降的井筒温度场与环空压力变化机理研究专业：机械电子工程硕士生：李洁月(签名)导师：秦彦斌(签名)摘要油气田生产过程中，井筒温度场在高温地层流体的影响下会重新分布引起环空压力上升，严重威胁管柱的安全及井筒完整性。本文为准确计算开采过程中井筒温度场与环空压力，考虑密闭环空液固相沉降的因素，分析固相沉降对井筒温度场与环空压力的影响规律，并结合

4、所得出的影响规律，给出控制环空压力的推荐做法。主要研究内容如下：考虑井筒温度、压力变化对井筒流体物性的影响和温度-压力耦合效应，结合能量守恒原理和半瞬态传热理论，建立不考虑固相沉降的井筒温度场的计算模型，得到井筒温度场计算函数。在此基础上运用多套管环空压力体积耦合机理，分析井筒温度场引起的环空压力变化。基于流变学及沉降浓缩理论等相关知识，建立了环空液的一维沉降模型，并运用MATLAB编制出相应的计算程序，分析了环空液的沉降规律，重点分析了环空液沉降后热物性参数随井深的变化。在不考虑固相沉降的井筒温度场与环

5、空压力计算模型的基础上，结合环空液的沉降规律及其导热系数与井深的关系，建立了考虑固相沉降的井筒温度场函数，分析固相沉降对井筒温度场和环空压力的影响。通过以上研究发现，沉降临界面平均每年下降约环空总高度的6%，而压缩临界面平均每年上升约环空总高度的3.3%。考虑固相沉降的情况下，随着井深的增加，环空液的导热系数在增大。环空液固相沉降会使井筒温度场和环空压力增大，当环空液沉降时间为10年时，环空的平均温度最大可增高6.8℃，环空压力最大可升高6.5MPa。为了避免环空压力过高对井筒安全性造成的破坏，提出了安装

6、隔热管柱来降低环空压力的具体设计思路，设计出可以满足APIRP90作业要求的环空压力监测及控制装置，研究结果可以为国内环空压力控制及井筒安全评价提供理论参考，也为生产前管柱的安装以及生产参数的设计提供依据。关键词：井筒温度场环空压力固相沉降变化机理研究论文类型：综合研究（本文得到国家自然科学基金项目51674199“页岩气水平井压裂与生产套管变形机理及其控制机制研究”的资助）II英文摘要Subject：StudyonChangeMechanismofWellboreTemperatureFieldandA

7、nnularPressureConsideringSolidSedimentationSpeciality：MechanicalandElectronicEngineeringName：LiJieyue(signature)Instructor：QinYanbin(signature)ABSTRACTDuringtheproductionprocessofoilandgasfields,theannularpressurewillrisewiththeredistributionofthewellbore

8、temperaturefieldunderthehigh-temperatureformationfluids,threatingthesafetyofthewellboreintegrity.Inordertoaccuratelycalculatewellboretemperaturefieldandannularpressureinexploitingprocess,theeffectofsolid-phasesedime