doi:10.3969/j.issn.1001-5620.2014.05.018水平井井筒温度场模型及ECD的计算与分析杨雪山1，李胜2，鄢捷年3，林永学2，王显光2（1.中国石化江苏油田石油工程技术研究院，江苏扬州；2.中国石化石油工程技术研究院，北京；3.中国石油大学（北京）教育部石油工程重点实验室，北京）杨雪山等.水平井井筒温度场模型及ECD的计算与分析[J].钻井液与完井液，2014，31（5）：63-66.摘要因水平井钻井液安全窗口较窄，所以准确预测水平井井筒循环温度对井底压力控制、安全快速钻进有很重要的意义。在常规钻井井筒温度计算理论和模型的基础上，根据传热学的基本原理和能量守恒方法，建立了包括垂直段、造斜段和水平段的水平井井筒循环温度预测模型，并用实测的井筒温度对模型预测结果进行了验证，误差仅为0.6%。通过计算分析得出，在水平段较短时，环空内钻井液最高循环温度位置位于水平段起始处或在造斜段末端处；当水平段较长时，环空内钻井液最高循环温度位置位于水平段，并随着水平段的延伸逐渐接近井底；水平段起始处的ESD将逐渐降低，ECD沿着水平段逐渐升高，在钻头处（即井底）最高。关键词井筒温度；水平井；预测模型；ECD：TE254.2文献标识码：A：1001-5620（2014）05-0063-04在钻井过程中，由于钻井液的循环，钻柱内流体与环空内流体以及环空内流体与地层之间存在温度差，因而发生热交换，具体表现为钻柱内、环空内钻井液和地层温度不断变化，形成动态温度场。井筒内的循环温度影响钻井液的流变性能和静态密度，进而影响循环压耗和钻井液循环密度，因此循环温度的准确预测对井底压力控制、安全快速钻进具有极其重要的意义。由于水平井钻井液安全窗口较窄，所以水平井井筒温度对水平井井控安全有着重要的作用。但国内对这方面研究较少，本文在常规钻井井筒温度计算理论和模型的基础上，根据传热学的基本原理和能量守恒方法，建立了水平井井筒循环温度预测模型，综合考虑了钻井液循环摩阻生热等诸多热源对钻井液温度场的影响，为准确预测水平段钻井安全密度窗口和钻井液设计提供基础数据[1-9]。流相比可以忽略不计；②假设钻柱内及环空内的流体没有径向温度梯度；③假设地温梯度不变且循环排量不变；④循环流体和地层岩石的比热、密度和热导率等各种热物性参数不随温度和压力而变化，且地层岩石的比热和热导率在垂向和水平方向是相等的，即是各向同性的；⑤地层中的传热是水平方向和垂向的热传导过程，不考虑地层岩石中的热对流（液体流动）和热源。1.2水平井井筒温度场模型的建立根据热力学第一定律及传热学基本原理，推导出环空和钻柱内温度场微分模型为：dT11（1）=(Ta-Tp)-(T-T)-TdzBAeiafaadT1（2）p=(Ta-Tp)+TfpdzBA=CmQrm(Kf+rwUaTD)（3）1水平井井筒温度场的理论模型1.1模型的假设条件根据井眼内钻井液的循环特点和井眼内实际传热特点，提出以下假设：①流体的轴向热传导与轴向对2prUKwafB=CmQrm（4）2πrpUp式中：Tfp为钻柱内单位高度钻井液流动压降产生的基金项目：国家863项目（2006AA06Z239）和国家自然科学基金项目（50974129）的部分研究内容。第一作者简介：杨雪山，1985年生，2012年获中国石油大学（北京）油气井工程硕士学位，现主要从事钻井液研究、设计和储层保护工作。地址：江苏扬州维扬路188号江苏油田；邮政编码225012；电话（0514）87760962；E-mail：xueshan779@126。64钻井液与完井液2014年9月温度，℃；Tfa为环空内单位高度钻井液流动压降产生的温度，℃；Tp为钻柱内钻井液温度，℃；Kf为地层导热率，J/（m·s·℃）；Q为钻井液排量，m3/s；Tεi为自然地温，℃；TD为无因次温度；Ua为环空与井壁之间的总对流换热系数，J/（h·℃·m）；Ta为环空钻井液温度，℃；Cm为钻井液比热容，J/（kg·℃）；Up为钻柱与环空间的对流换热系数，J/（h·斜角为αb，垂深为HKOP，造斜率为Kz，造斜段段长为Lt，垂长为Dt。环空中和钻柱内温度分布为：λ1zTa=β1e+β2eλ2z+Grz+Tmf（12）λ1zλ2zTp=β1（1+B/A-Bλ1）e+β2（1+B/A-Bλ2）e+G（rz+B/Az-B）+（1+B/A）Tmf-BTfa-B/ATεi式中：Gr=GtDt/Lt，Tmf=A（Tfa+Tfp）+Ts-GrLz+GtHKOP自然地温随测深的变化关系为：（13）3ρm...