高温定向井井筒瞬态温度计算模型及其应用

四川盆地西部超深天然气井的目的层埋深在8 000 m左右,井底原始地温超过150℃,一般都采用定向井的钻井方式钻至目的层.为了准确预测川西地区定向井钻井过程中的井筒瞬态温度、评价温度环境变化对流体性能与压力分布的影响,基于动量与能量守恒原理,考虑该区定向井的井型特点以及井筒—地层各控制区域在径向与轴向的传热机理,建立了定向井井筒—地层瞬态二维传热模型与温度压力耦合下的井筒压力计算模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了循环时间、排量对井筒温度的影响,进而评价了温度压力耦合下井筒压力与动静态密度随井深的分布变化特征.研究结果表明:①随着循环时间和排量的增加,井筒下部井段流体与近井壁地层温度降低,均低于原始地温,而上部井段流体、近井壁的套管及水泥环温度则高于原始地温;②考虑温度压力耦合下的井筒循环压力、静止密度及当量循环密度数值均小于无温度压力条件下,分别为2.1 MPa、0.065 g/cm3、0.045 g/cm3.结论 认为,该研究成果可以为定向钻具服役环境分析、全井段流体性质评价及井筒压力控制提供可靠的判定依据.