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热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律

郑睿 郭玉超 张春晖 张华 王贵富

郑睿,郭玉超,张春晖,等. 热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律[J]. 钻井液与完井液,2023,40(6):787-792 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.013
引用本文: 郑睿,郭玉超,张春晖,等. 热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律[J]. 钻井液与完井液,2023,40(6):787-792 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.013
ZHENG Rui, GUO Yuchao, ZHANG Chunhui, et al.Effects of thermal physical parameters on circulation temperature of cement slurries[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(6):787-792 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.013
Citation: ZHENG Rui, GUO Yuchao, ZHANG Chunhui, et al.Effects of thermal physical parameters on circulation temperature of cement slurries[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2023, 40(6):787-792 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.013

热物性参数对水泥浆循环温度的影响规律

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2023.06.013
基金项目: 中国石油天然气集团有限公司工程技术领域智能化数字化转型技术研究项目“钻完井及井下作业智能优化系统研发”(2021DJ7401)。
详细信息
    作者简介:

    郑睿,工程师,硕士,毕业于中国石油大学(北京)油气井工程专业,现在从事固井工艺与固井软件研究工作。电话 (010)80162410;E-mail:zhengrdr@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: TE256

Effects of Thermal Physical Parameters on Circulation Temperature of Cement Slurries

  • 摘要: 在固井施工过程中,为确保水泥浆的安全泵入,需要确定合适的水泥浆稠化时间,水泥浆的循环温度是决定稠化时间的重要因素之一。现有API规范中关于循环温度的计算不能满足不同地区、不同井筒条件的需求。因此,建立了一种非稳态流动传热模型,通过热物性参数测试,确定了钻井液、套管、岩石和水泥浆的导热系数和比热容,实现了对固井注替过程中水泥浆温度场的模拟。模拟结果表明,提高水泥浆与隔离液等流体的导热系数会降低水泥浆的循环温度;降低套管与岩石的导热系数,水泥浆循环温变化范围在1 ℃以内。通过采集浙江油田与塔里木油田的固井温度数据发现,实测数据与模拟数据的差距在5 ℃以内,数据吻合度较高,模型较为准确。通过固井注替过程中水泥浆循环温度影响规律的研究,可为固井水泥浆体系性能设计提供理论支撑,保障固井高效安全施工。

     

  • 图  1  浙江油田某页岩气井井身结构

    图  2  领浆温度范围

    图  3  尾浆温度范围

    图  4  流体导热系数对水泥浆循环最高温度的影响

    图  5  套管导热系数对水泥浆循环最高温度的影响

    图  6  岩石导热系数对水泥浆循环最高温度的影响

    图  7  温度实测数据与模拟数据对比

    图  8  温度实测数据与模拟数据对比

    表  1  用Hot Disk热常数分析仪测定的热物性参数

    介质种类比热容/(J/(kg·℃))导热系数/(W/(m·℃))
    套管116138.31
    水泥浆17830.73
    钻井液14200.50
    隔离液32290.70
    顶替液41820.59
    页岩8891.95
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    表  2  浙江油田某页岩气井注替计划

    流体类型ρ/
    g·cm−3
    排量/
    m3·min−1
    用量/
    m3
    t/
    min
    PV/
    mPa·s
    YP/
    Pa
    钻井液2.201.2020016773.09.0
    隔离液2.231.25302488.517.6
    下胶塞3
    领浆2.281.309271244.010.4
    尾浆1.901.355441181.017.0
    下胶塞5
    顶替液1.001.305845
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    表  3  流体导热系数随温度变化情况

    流体种类不同温度(℃)下的导热系数/(W/(m·℃))
    153045607590
    钻井液0.470.500.540.550.580.62
    隔离液0.690.700.720.740.760.77
    水泥浆0.710.730.750.760.780.80
    顶替液0.550.590.600.630.650.68
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    表  4  流体比热容随温度变化情况

    流体种类不同温度(℃)下的比热容/(J/(kg·℃))
    153045607590
    钻井液139914201406142514191408
    隔离液332032293183323332283266
    水泥浆175317631748175917611752
    顶替液419141824181417942044199
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    表  5  套管导热系数和比热容随温度变化情况

    T/℃导热系数/(W/(m·℃))比热容/(J/(kg·℃))
    1540.431172
    3038.311161
    8037.431158
    13035.871226
    18032.131184
    23031.261186
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    表  6  岩石导热系数和比热容随温度变化情况

    T/℃导热系数/(W/(m·℃))比热容/(J/(kg·℃))
    151.96998.57
    301.95901.92
    801.921.63.09
    1301.891003.78
    1801.851018.71
    2301.841007.24
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-06
  • 修回日期:  2023-08-10
  • 网络出版日期:  2023-10-25
  • 刊出日期:  2023-12-30

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