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本论文以国家863高技术研究发展计划专题“复杂油气资源勘探开发技术”的子课题“压力管理钻井技术研究”为依托,深入研究了高温高压条件下钻井液当量循环密度预测模型以及起下钻和下套管期间的井底波动压力的精确计算,并在此基础上开发出配套应用软件,最终形成高温高压井钻井液当量循环密度预测新方法,为高温高压井的井下压力控制提供了理论依据和现场指导,成为高效勘探和开发地下深处油气资源必不可少的关键技术之一,具有直接的买用价值和广泛的应用前景。论文研究工作和取得的主要成果概括如下:
借鉴国内外研究成果,根据热力学第一定律和传热学基本原理,针对井内热传递特点,建立钻井循环期间井筒瞬态温度场数学模型,推导出模型的解析解。在此基础上编制了配套应用软件,并对井筒循环温度影响因素进行了分析。
使用具有典型配方的油基钻井液进行了高温高压密度实验,研究了温度、压力对钻井液密度的影响规律;在本课题组前期研究基础上,建立了钻井液密度预测模型,利用多元非线性回归分折方法确定了模型中的系数,该模型适合于油基和水基钻井液,相关系数均在0.99以上;然后采用迭代数值计算方法建立了钻井循环期间钻井液当量静态密度预测模型,并将该模型与井筒温度场预测模型绐合起来,显著地提高了高温高压井井底静压和当量静态密度的预测精度。以典型的油基钻井液和水基钻井液为实例,研究了ESD的影响因素。
针对典型的抗高温油基和水基钻井液进行了高濡高压流变性实验,研究其流变特性,并在实验的基础上利用多元非线性回归分析方法建立了高温高压钻井液流变参数预测模型(分油基和水基钻井液),所建立的模型能够较准确地描述钻井液流变参数与温度和压力之间的函数关系,相关系数均达到0.98以上。
考虑了井下循环温度、压力、钻井液流变性、密度、环空流态、钻具和井眼尺寸、循环排量等因素,利用迭代数值计算方法建立了环空压耗计算模型,并在此基础上建立了当量循环密度计算模型,编制了配套应用软件以便于现场应用。由于综合考虑了以上诸多因素,所以该模型的预测结果较常规计算方法更为精确。
针对起下钻、下套管等工况,以稳定流态理论为基础建立了井底波动压力预测模型,通过对钻井液粘附系数的修正,提高了模型的预测精度,编制了配套应用软件.利用国外专业软件对该软件进行了验证,并对影响波动压力的诸因素进行了分析。