超临界二氧化碳钻井流体井筒温度传递特性

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1、学兔兔www.xuetutu.com第27卷第6期钻井液与完井液V01．27No．62010年11月DRILLINGFLUID&COMPLETIONFLUIDNove．20l0文章编号：1001—5620(2010)06．0001—03超临界二氧化碳钻井流体井筒温度传递特性王在明，邱正松，朱宽亮(1．冀东油田钻采研究院，河北唐山；2．中国石油大学石油T程学院，山东东营)摘要循环钻井流体温度计算一直是钻井工作者希望解决的难题。建立了井眼温度传递数学模型，并通过对模型求解，给出了钻具内和环空流体温度计算

2、解析式；利用该解析式结合超临界二氧化碳钻井流体的物理特性，对使用89mm钻头、31．8mm钻杆钻进的井眼中二氧化碳流体温度进行了计算，绘制了钻具内和环空二氧化碳流体温度剖面图；对比了在不同井深时和不同井眼尺寸条件下井眼内二氧化碳流体温度剖面图，发现随着井深的增加，钻具内二氧化碳流体更易进入超临界状态，且超临界二氧化碳钻井液更适合小井眼钻井。关键词井眼温度传递数学模型；超临界二氧化碳；钻井液中图分类号：TE254文献标识码：A循环钻井流体温度的计算具有重要意义，它能热传递；②在横向上距离钻头足够远的位

3、置，温度为钻井流体的选择提供依据，同时又能够提供所钻是常数；③钻头产生的热量予以忽略；④在纵向上地层的相关信息[1-2]o开发井眼中循环流体温度数不考虑热传递。学模型的目的是为了预测在任何深度钻杆和环空内环空流体吸收的热量：流体的温度。超临界二氧化碳是指CO，在温度高于Q一Q(+)=mc。[—Ta()](1)临界温度31．26和压力高于临界压力7．22MPa状地层向环空流体传递的热量：态下，处于超临界状态时，其性质会发生变化，其Q=2xrU(Ya—Tf)ctx(2)密度近于液体，黏度近于气体p]。近

4、几年二氧化碳钻杆内流体吸收的热量：作为钻井液的应用研究越来越受到人们的关注，与Qap=2~rph。(一)(3)空气和氮气钻井液相比，它能为井下动力钻具提供综合以上方程，地层向环空流体传递的热量应足够的动力；能够射流破岩而实现快速钻井；能够等于环空流体与钻杆内流体吸收的热量之和：防止储层损害；在环空又可相变为气相，易实现井cp鲁+2兀似(一)=2xrU(Ta—)(4)下欠平衡钻井状态_4]，国外已在连续管小井眼侧钻井中成功进行了试验应用。超临界二氧化碳钻井液地层温度可以表示为：：+(5)温度传递特性的

5、研究为超临界二氧化碳钻井液的应将式(5)代人式(4)得：用提供了理论基础。+2(一)=2ru(L——Gx)(6)1循环钻井流体温度传递数学模型钻杆内流体吸收的热量等于钻杆内流体温度升高所需的热量：1．1数学模型的建立d71cp2兀(一)(7)假设：①地层和环空流体之问的热传递是线性基金项目：石油科技中青年创新基金“超临界二氧化碳连续管钻井液携岩规律与调控方法研究”(06E1026)；中国石油大学研究生创新基金“超临界二氧化碳钻井液特性研究”(B2007—1o第一作者简介：王在明，2008年获中国石油

6、大学油气井工程博士学位，长期从事油气钻井技术研究。地址：河北省唐山市路北区新华西道128号钻采工艺研究院；邮政编码063000；电话(0315)8768059；E-mail：ming8082002@126．corn。学兔兔www.xuetutu.com2钻井液与完井液2010年11月对以上方程中(6)和(7)积分求解：流速为1．7kg／s(1．5771×101TI。Is)，钻杆内径为22．9=K1-4-K2P+Gx-4-—GA(8)mm，钻杆外径为31．8mm，钻头外径为89mm；储存罐中二氧化碳温

7、度为0℃；环空节流阀压力为=K1Ge+K2c4e-4-Gx+(9)5MPa。式中：C1=(日／)[1+(1+4)”]CO，平均温度范围约为(0+105)／2=52．5qC，按C2=(B／2A)[1一(1+4)]此温度查表得CO物性参数：C。=0．871kJ／kg·℃，G=l+／2[1+(1+4)“]v=8．321x10一m2／sA=1．6572×10一W／m·cIC，=C4=1+B／2[卜(1+4／B)]，14．958×10kg／m·S，Pr=0．703。Amcp／21trphp钻杆内截面积为4．1

8、16×101Yl，环空截面积BrUp为5．4×101TI，钻杆内CO，的流速为3．83m／s。将边界条件(x=0；：i)和边界条件(x=H；1)钻杆内雷诺数Re=wd／v=3．83×0．0229／：)代入式(8)和式(9)中，求得积分常量为：。(8．321×10)=1．054×10，为紊流。Nuf=0．023—一+。Re。×Pr，。=0023×(1．054×104)。×(0．703)o．，G一[一+GA]e(1一c)“一=33．02，则平均对流换热系数ct=Nu)Jd