摘要
地热能作为一种绿色、高效的可再生新能源,具有深厚的发展潜力。地热能的开发与利用离不开钻井工作,在地热井钻进中井筒的钻井液循环温度一直是最关键的参数之一,准确地预测钻井液循环温度可以保证钻井安全快速,优化钻井参数,提高钻进效率。目前较为流行的钻井液温度预测模型包括Kabir模型和Schoeppel模型。但两种温度预测模型限制条件多,且均未考虑实际地层温度、热物性参数和钻井液性能随温度变化规律,导致最后的预测结果往往与实际值相差较大。因此以Kabir传统模型为基础,增加了实际地层温度、热物性与钻井液性能随井内温度变化等影响因素,建立了新的地热井钻井液温度分布模型,降低预测误差,可指导优化现场钻进工艺。本文在考虑地层温度并非单一地温梯度且热物性参数变化的同时,重视钻井液性能随温度的变化,建立出耦合温度特性的地热井钻井液循环温度分布新模型,设计出相应的迭代步骤与MATLAB参数化程序,在正循环条件下分析得出全井段的环空循环温度要高于钻杆内的循环温度,在井底处二者温度达到相等;且单独研究了改变地层温度或钻井液性能对井筒循环温度分布的影响,发现地层温度以单一梯度计算时钻井液温度偏差更大。基于本文所建的地热井钻井液温度分布模型,结合工程实际制定参数的取值范围,分析不同的钻井液质量流量、入口温度、循环时间以及漏失循环条件下钻井液循环温度分布规律,发现随着质量流量与循环时间增加,井内循环温度下降;而随着入口温度上升,井内循环温度上升。因此,建议使用大泵量适当增大钻井液的质量流量,在地面增加冷却设备,或提高钻井液系统的耐热性等,更好地“冷却”地层,以达到降低地热井钻井液循环温度的目的。同时模拟了钻井液的漏失率与漏失层位置对环空温度分布的影响。结果显示井内持续性的漏失现象会降低环空与钻杆内的钻井液循环温度,体现了井漏对钻井液的冷却作用,尤其对井底靠近漏失层位的部分井段效果更明显,且通过环空钻井液温度梯度分布的拐点可判断漏失层位的深度。