钻井液热物性参数测量及其对井筒温度场的影响

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1、学兔兔www.xuetutu.com第28卷第3期钻井液与完井液、，0I．28NO．32011年5月DRILLINGFLUID&COMPLETIoNFLUIDMav2011文章编号：1001．5620(2011)03—0001—04钻井液热物性参数测量及其对井筒温度场的影响管志川，李千登，宁立伟，柯珂，赵效锋，梁海明(1．中国石油大学石油工程学院，山东青岛；2．胜利油田安全环保研究中心，山东东营；3．中国石化石油工程技术研究院钻井工艺研究所，北京)摘要为准确计算钻井过程中井筒内的温度分布，基于瞬态热线法及热平衡原理设计了钻井液热物性参数测试仪。利用该仪器对聚合

2、物钻井液和聚磺钻井液的导热系数和比热进行了实测研究，分析了钻井液导热系数和比热变化对井筒内温度计算值的影响，得到了2种钻井液的导热系数和比热随温度变化的规律，并依据实验数据拟合出了不同温度下2种钻井液的导热系数和比热求取公式。考虑温度对钻井液物性参数的影响，建立了井筒温度场模型。研究表明，钻井液热物性参数的变化对环空温度计算值的影响明显，并通过温度场间接影响到井筒内其它参数的计算。关键词钻井液；热物性参数；井筒温度；实验测量；温度计算中图分类号：TE254．1文献标识码：A随着控制压力钻井和深井超深井钻井技术的发参数变化对井筒内温度分布的影响。展，井筒内温度变

3、化对钻井施工、钻井液性能以及井筒压力带来的影响越来越被重视。为计算不同钻1实验装置及测量原理井施工状态下井筒内的温度分布，提出了多种计算1．1实验装置不同钻井工况下井筒温度的模型和方法，但在这些热物性参数测量装置结构如图1所示。模型中都要用到钻井液的热物性参数即导热系数和比热。研究表明，不同钻井液或流体在不同温度和压力条件下，热物性参数是变化的[1-2]o如饱和水密封盖在0～200。C之间比热最大相差431J／(·K)，且试样随着温度升高呈上升趋势，导热系数最大相差0．135保温材料线W／(m·K)，且随着温度的升高先增大后减小_3】。不锈钢金属板现有实验装置

4、存在操作麻烦、测量参数单一等点缺点，且在钻井液热物性参数随温度变化方面缺少相应的预测公式，因此为了给井筒温度精确计算提供基础数据，设计了钻井液热物性参数实验装置，图1热物性参数测量装置结构并对2种常用钻井液体系的导热系数和比热随温度的变化进行了实测研究，分析了由于钻井液热物性实验装置分为测量系统和数据采集系统2部基金项目：获国家“973”计划项目《深井复杂地层安全高效钻井基础研究》课题《深井复杂地层钻井设计平台与风险控制机制》(2010CB226706)、“十一五”国家科技支撑计划重点项目课题《三高气田钻完井安全技术规范及应用》(2008BAB37B06—2)

5、、中国石油大学(华东)研究生创新基金资助项目“高温高压钻井液物性参数测量装置设计”资助。第一作者简介：管志川1，教授，博士生导师，1995年获石油大学(北京)工学博士学位，现在主要从事油气井工程领域的研究。地址：山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号石油工程学院；邮政编码266555；电话(0532)86981764；E—mail：guanzhch@163．c0m。学兔兔www.xuetutu.com钻井液与完井液2011年5月2组成、密度及所处的温度，针对这3种影响分。测量系统金属部件均为不锈钢加工，试样筒圆柱形，外面缠有加热丝，底端有加热电源，给整计实验

6、方案。钻井液为油田现场常用的聚合物钻营液(1)和聚磺钻井液(2)，配方如下。聚合物钻个试样筒加热并采用石棉作为保温材料。炉腔内置纯度大于99％的铂丝，当测量钻井液热物性参数时，弄液、聚磺钻井液的导热系数、比热随密度、温度铂丝会有瞬态电流通过，热电偶将试样温度信矍腋o⋯+重晶石】45％PHPA+03％CMU．t-0．0％膨润．．·十里明．为电信号传给数据采集系统，用计算机誊王见警24．0％膨润土+0．6％CMC+3．0％SMP+2·0％个测量过程的控制。该装置有以下优点：①采用电阻丝加热，升温时间快，测量范围从室温到3oo~CoSPNH+重晶石⋯一密度为1．04

7、cO．50熹冀案星雾可同时测量钻井液的比热和热导率。③测试量簪鼍o-45o．40曲线显示并可打印输出，由计舁机刈头姒’蕈0．35合，所有数据均存人数据库，并有历史查询等0．30《0．25砷0磊④测量精度高，用纯水进行标定，标结霉．20导热系数和比热数值测量误差都在5％之内，且T／℃温度的变化，热物性参数与标准值的变化趋势一致，图2聚合物钻井液导热系数与密度、温度的关系可满足实验测量需要。4．51．2实验测量原理4．01‘2．13．采用瞬态热线法测量钻井液导热系裂，L¨态钻井液导热此方法堇3．0篓2．5嚣限大的介质中处于热平衡的无限长热线脲她拿鬟翥薰曩2。0．热

8、流，线热源的温度随即产生变化，根据温‘