考虑非牛顿流体螺旋流动的钻井井筒温度场研究

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1、第42卷第5期石油钻探技术Vo1．42NO．52O14年9月PETROLEUMDRILLINGTECHNIQUESSep．。2Ol4．．钻井完井doi：10．11911／syztjs．201405013考虑非牛顿流体螺旋流动的钻井井筒温度场研究李梦博，柳贡慧，李军，魏晓强。，高海军(1．中国石油大学(北京)45油工程学院，北京102249；2．北京信息科技大学，北京100192；3．中国石油长城钻探工程有限公司钻井三公司，辽宁盘锦124010；4．中国石油长城钻探工程有限公司钻井一公司，辽宁盘锦124010)摘要：准确了解钻井过程中井筒温

2、度及其变化规律对于安全、高效钻井具有重要的意义。根据热力学第一定律及传热理论，建立了完整的钻井循环过程中温度场数学模型，分析了井筒中非牛顿流体螺旋流动的传热机理以及水力学能量和机械能量对井筒温度场的影响规律，对高温高压循环当量密度计算和井筒温度控制方法进行了初步探讨。模型计算结果与现场试验数据吻合较好。由数值模拟结果得出：在井深2000．00m处，钻柱转速从0r／min升至200r／rnin时该处温度升高4．5℃；在井深5000．00m处，钻柱转速从0r／min升至200r／min时该处温度升高7．8℃。研究结果表明，井底温度随钻柱转速的

3、增加呈指数增长，随着井深的增加，钻柱旋转对井底温度的影响更加明显。建立的温度场模型可为高温高压地层钻井水力学设计和现场作业过程中的温度控制提供理论参考。关键词：钻井井筒温度非牛顿流体数学模型中图分类号：TE21文献标识码：A文章编号：1001—0890(2014)05—0074—06ResearchonWellboreTemperatureFieldwithHelicalFlowofNon‘NewtonianFluidsinDrillingOperationLiMengbo，LiuGonghui’’LiJun，WeiXiaoqiang3，

4、GaoHaijun(1．CollegeofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum(Beijing)，Beijing，102249，China；2．BeijingInformationScience&TechnologyUniversity，Beijing，100192，China；3．．3Dril-lingCompany，C』＼『PCGreatwallDrillingCompany，P以in，Liaoning，124010，China；4．．1DrillingCompany，CNPC

5、GreatwallDrillingCompany，Pnin，Liaoning，124010，China)Abstract：Understandingwellboretemperatureanditschangingregularityisverycriticalfordrillingsafelyandefficiently．Accordingtothefirst1awofthermodynamicsandheattransfertheory，acompletetemperaturefieldmathematicalmodelfordril

6、lingcirculationwasestablished．Theheattransfermechanisminspiralflowofnon-N『ewtonianfluidinwellboreandtheeffectofhydraulicenergyandmechanicalenergyonwellboretemperaturefieldwereanalyzed．ApreliminarydiscussionwasconductedregardingcalculationofECDunderhightemperatureandhighpr

7、essureandeontroloverwellboretemperature．Themodelre—sultsmatchedwellwithfieldexperimenta1data．Numericalsimulationindicatedbottomholetemperaturein—creasedby4．5℃atthedepthof2000m。and7．8℃at5000mrespectivelywhentherotaryspeedofdrillstringrosefrom0r／minto200r／min．Thebottomholet

8、emperatureincreasedexponentiallywiththeincreaseofrotaryspeed。thedrillstringrotaryspeedhadmuchhig