[发明专利]半潜式平台瞬态钻井井筒温度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度计算方法，具体涉及一种半潜式平台瞬态钻井井筒温度计算方法。 

背景技术

半潜式钻井平台钻进作业时井筒的温度，特别是处于低温高压构造时，准确预测钻井液、水泥浆、以及井筒周围地层的温度对合理的钻井液设计至关重要。 

目前，国内外学者对井筒传热问题的研究主要集中在陆地井筒，即井筒内传热和地层传热问题。井筒换热研究成果主要有稳态模型和瞬态模型。全瞬态法原始模型由Raymond(1969)提出，其后，Keller(1973)在换热模型中加入了钻井液摩阻和机械能损失引起的内热源，Gary R.Wooley(1980)将全瞬态法应用于热流体注入和采油作业，David W.Marshall and Ramon G.Bentsen(1982)提出了采用直接接技术求解离散方程组进行全瞬态井筒与地层换热研究，B.Corre等(1984)进行了考虑井深随换热时间不断变化的全瞬态井筒温度分布研究，Beirute(1991)开发了用于估算循环和关井情况下温度计算的模拟器，Garcia(1998a)开发了一种热采数值模拟程序。 

半潜式平台钻井作业期间，钻井液不断循环，井筒不断加深，海水段井筒通过隔水管与海水换热，海水对钻井液的持续冷却和入口温度的持续改变，导致半潜式平台独特的瞬态井筒温度场。而现有温度场模拟器通常假设入口温度不变，尤其是没有描述海水段井筒换热，也没有考虑温度对钻井液热物性的影响，不能用于模拟半潜式平台钻井循环温度场。 

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种半潜式平台瞬态钻井井筒温度计算方法。基于海洋钻井液循环瞬态换热特征，采用全隐式有限体积法离散格式，耦合多换热区域，考虑钻井热源，开发了WHTSubmersible模拟器，并结合现场数据验证了模拟器的有效性。 

其特征在于，包括以下步骤： 

1)应用初始条件 

海水区所有节点的初始温度为对应深度处海水温度；地层区所有节点的初始温度为对应深度处地层原始温度； 

2)根据钻井液总模拟循环时间和时间步长划分时间段，从初始时刻开始，累加时间， 每一时间步的温度计算需要以上一时间步的温度场数据作为初始条件，迭代计算，直至收敛。 

进一步优选，所述步骤2)的温度场计算步骤如下： 

A用二维数组Node记录上一时间步结束时的温度数据； 

B将节点温度数据复制一份保存至二维数组NodeNew中； 

C收敛状态记为“假”； 

D以Node中的数据作为初始值按照钻柱内钻井液、钻柱管体、钻柱外环空、井筒界面、隔水管、地层的顺序按列依次计算各传热对象内所有节点的新时间步的温度数据，每一列节点的每个节点计算结束时都要比较新计算出的节点温度与NodeNew中保存的温度数据的差值，并记录在变量TDiff二维数组中，然后将新计算出的温度数据存入二维数组NodeNew中； 

E找出数组TDiff中的最大值，若该值很小，则认为该时间步温度计算达到收敛，结束该时间步的迭代，将NodeNew中的温度数据复制到Node数组中，进入下一时间步；否则，重复步骤D直至收敛。 

一种本发明所述方法的WHTSubmersible模拟器，包括以下19个模块： 

DataInput函数是WHTSubmersible程序的数据输入函数，完成模拟井所有数据的输入； 

TPField函数是WHTSubmersible程序的总功能模块，完成深水井筒温度场计算及数据存储功能； 

GridGeneration函数根据模拟井的井身结构、钻具结构、海水深度对温度场求解域进行轴向和径向网格划分，存储网格节点的轴向和径向几何信息及介质信息； 

TOriginGeneration函数根据海水和地层的垂直温度分布数据插值产生节点轴向深度处的原始温度；模拟器有两种方式建立原始温度剖面：根据海水和地层的温度分布关系式；根据实测海水和地层温度数据建立温度剖面。海洋油井海水段存在温跃层，地温也存在多个梯度。 

Ini函数对求解域内网格节点变量应用初始条件，赋初值； 

TInDrillStem函数、TDrillStem函数、TAnnu函数、TInterface函数、TRiser函数和TFormation函数分别用于计算钻柱内钻井液、钻柱管体、环空钻井液、环空外壁处、隔水管绝热层内和地层内所有节点的温度；