DRILLNET 2.0------第二十二章 井眼地热模拟模型

第二十二章  井眼地热模拟模型

     井眼地热模拟是一个在井眼中为提高井下温度预测的地热模型。该模型考虑到了自然对流、强制对流、井眼的导热性、以及井眼周围的地层岩石热传导性。各种各样的井流体操作都可以被模仿，包括：

1、液体或者注蒸汽。

2、液体或者蒸汽生产。

3、使用液体在井眼中正反向循环。

4、使用气体在整个井筒中正向循环。

该模型可以处理从垂直到水平的任何带有井斜的井，以图形的方式显示管柱、环空和其他选中位置井眼周围的温度。他可以计算考虑了的井眼流体流注和地层岩石的热传导性的多种地层岩石温度梯度。这个模型同样解决了地面在循环罐中流体的搅拌和冷却操作。

 

22.1输入

22.1.1项目页面

    井眼地热模拟模型的项目输入页面与典型的DrillNET软件的项目输入页面类似。

22.1.2轨迹数据页面

井眼地热模拟模型的轨迹数据页面与典型的DrillNET软件的轨迹数据页面类似。

22.1.3管柱数据页面

    井眼地热模拟模型的管柱数据页面与典型的DrillNET软件的管柱数据页面类似。

22.1.4井眼数据页面

    井眼地热模拟模型的井眼数据页面与典型的DrillNET软件的井眼数据页面类似。

22.1.5地层数据页面

    对于井眼地热模拟模型的地层数据输入页面与典型的DrillNET软件的地层数据页面类似。然而，这个模型对于地层压力数据不感兴趣。相反，地层热性质被输入到表单中。

1)岩石热属性表单。指定沿着井筒尽可能多的输入岩石层信息的行。在第一列的TVD(井底垂深)是当前层的底部深度。用于输入和编辑数据的技巧与那些为轨迹数据表单描述的技巧类似。

   通过整个井眼来明确岩石的层的信息。第一行时地面岩石的材质。继续依次向井下岩石层录入。以下表示了几种常见岩石的地热数据。

温度和梯度

地层数据可以作为温度或者温度梯度输入。输入其中任何一种的量，其对应的值(在黄色背景框显示)将会被自动计算。

根据您的喜好，进入选项表签下的通用选项。

    为世界各地的一些钻井领域的温度和温度梯度的代表显示在图表中。

导入数据

这里提供了几种用于导入地层数据的方法，包括从DrillNET数据中导入的其他DrillNET项目文件(*.XML)。导入数据时，在地层数据表单上右击鼠标，然后从弹出菜单中选择“导入”或者“从数据库得到地层数据..”。

从Excel文件中复制

    从一个电子数据表格应用中复制，收集数据到电子表格的列中。按列表中的数据复制到DrillNET软件中。选择感兴趣的来源范围，并复制到剪切板中(control+C)。返回到DrillNET软件中，在第一行对应的单元格中右击，从弹出式菜单中选择“粘贴”选项。

地层表单编辑菜单

    您可以通过打开一个弹出式编辑菜单，使用多种方式保存、打印、导入、和编辑地层表单。在表单上右击来打开菜单，然后选择您想要的选项。

    在您进行任何改变数据的操作后，点击【F9】或者从视图标签项中选择“刷新”来重新绘制图形。

2)地层温度梯度。在岩石热属性数据表中的单温度和温度梯度数据被绘制用于浏览查看。这两个温度随着深度和温度梯度随着深度都被显示出来；点击在图形的底部相应的标签项。

    在图形上右击鼠标来访问保存、打印、添加一个文本框选项，并且能够导出图形到Excel中。

3)地面温度。指定表面的原始地热温度。为世界各地的一些钻井区域的温度和梯度的代表显示在上方。

22.1.6参数页面

1)热模拟操作选项。九种操作模式中选择一种来表示流体的流动。每个选定的模式为您的分析定义了特定的流动形态和热边界条件。

   1、液体正循环：基于常规正向循环流体的操作预测温度。流体从地面进入井中，在生产管中向下流动(或者钻杆内)，最后从环空返至地面。

   2、液体反循环：基于反向循环流体的操作预测温度。流体从地面进入井中，沿着环空向下，最后从生产管返出到地面。

   3、气体正循环：基于正向循环气体的操作来预测温度和压力。气体从地面进入井中，沿着生产管柱(或者钻柱)向下，最后从环空返出。

   4、液体注入：为流体的注入预测温度。流体从地面进入井中，沿着生产管柱向下(或者钻柱)，最后流入地层岩石中，没有流入环空。

   5、有管柱液体生产：为流体生产预测温度。流体在井底进入井中，沿着生产管向上至地面，未经过环空。

   6、无管柱液体生产：为流体生产预测温度。流体在井底进入井中，沿着裸眼井段或者套管向上移动到地面。

   7、有管柱蒸汽生产：为两相蒸汽生产预测温度和压力。蒸汽从井底进入井中，沿着生产管柱向上至地面，没有经过环空。

   8、无管柱蒸汽生产：为两相蒸汽生产预测温度和压力。蒸汽从井底进入井中，沿着裸眼段或者套管向上至地面。

2)蒸汽特性。如果流动操作包含了蒸汽的注入或者生产，您需要确定蒸汽特性。如果可用，输入进口处的蒸汽质量。蒸汽质量是气相占流体的体积比率。例如，0.95的蒸汽质量比描述的是蒸汽占95%和流体占5%的体积比组成的两相流。

    如果蒸汽质量比未知，输入生产或者注入蒸汽的入口预测压力。

3)循环入口温度。当作业中包含流体循环，入口处的流体温度通常会随着作业过程改变。循环流体返出至地面泥浆罐中，并与罐中的流体混合。这种情况下，在罐中流体的温度是不同于环境温度的。热传递将会在泥浆罐与他处的环境中发生。DrillNET软件依赖于输入的参数，可以预测在泥浆罐中混合流体的最终温度。

    如果您喜欢忽视混合的影响，并且热传递从或者到表面的流体，请选择“单程”选项。流体将会被视为好像是仅在整个井筒中循环一次。在入口处的流体温度将会为您在计划页面中作业计划表单规定的那样继续保持。

选择“混合罐”来模拟在泥浆罐中由于流体混合后与环境的热传递造成温度改变的影响。下一步，输入地面罐的热环境描述参数。

注意：如果作业不包括循环，那么这些参数是禁用的。

22.1.7计划页面

 

1)流体起初在管子和环空中表单。指定存在于生产管柱(或者钻柱)和在环空中作业开始之前的流体。这些流体在作业开始前被假设成地热产生的温度。

系统提供了四种流变学：(1)牛顿，(2)宾汉塑性，(3)幂律和(4)赫歇尔-巴克利。在流变性列点击其下拉列表框进行选择。

2)作业计划表。指定流体的泵送(循环、生产、注入)详细操作进度表。每种流体开始泵送或者产生都会在单独的行中描述。在作业的任何阶段，如果这里有额外的从地层中流体的流入，勾选列7然后输入流入井筒流体的识别号。

每一阶段的流动时间，在列4中列出，他是作业过程中的总流动时间。

3)注入流体表单。任何额外的由地层流入的流体在这里被指定。进入井筒中流体的温度、排量、密度和流变学特性都必须明确。行数(在表单的左边列出的)用来识别在作业计划表单中每一种流入的流体。

22.1.8套管柱页面

1)陆地/海上环境。选择或者不选择海上油井选项。根据井的位置不同填写所需要数据。

    空隙/水深。RKB(旋转的方钻杆补心--所谓的补心高)高程相对于地平面(对于陆地的井)或者平均海平面(对于海上的井)被指定。对于海上的井，这个高程通常被称为“空隙”。这个数量用于海上带有井底井口的井来计算套管顶部的深度(空隙+水深)。

    海底防喷器：对于海上的井允许您去指定井口是否位于地面还是在海床上。对于陆地的井，系统将会自动设置成地面。

2)隔水管表单。描述隔水管的几何形状和热性质。典型材料的热性能可以通过在表单上右击鼠标来打开材料热学特性数据库中导入。对于添加/删除行和打印表单等其他选项将会在右键鼠标的弹出式菜单中提供。

3)套管柱表单。对于套管柱的数据包括有套管鞋深度(显示为TVD和MD)；管柱类型(套管、尾管、中间回接管、或者生产尾管)；管柱的顶部深度(显示为TVD和MD)，对于尾管或者对于海上带有海底井口的井是特别有用的。

    回接，要么最后要么直接，可以添加到表单中。回接只能添加到尾管后面。为了添加一个回接，在尾管行右击鼠标，将会出现带有选项的弹出式菜单。通过默认到中间套管，除了表层套管在第一行外，所有的套管类型被初始化设置(系统默认第一行必须是套管不能是尾管)。对于一个套管(除表层套管外)，您可以通过点击下拉式列表选择尾管来转换成尾管。对于这种情况，将会弹出一个对话框，让您输入尾管顶部深度。对于尾管，您可以转换回套管；或者给尾管添加一个后续回接或者直接回接管。对于回接管，您可以删除他或者从后续到直接两者间改变他的类型(反之亦然)。您可以删除一个套管或者尾管采取通过右击菜单。如果您删除了一个包含回接管的尾管，那么他的回接管也会被删除。

     套管鞋深度包括了TVD和MD。在这个表单中TVD不能被直接的修改(表示为黄色背景单元格)。如果您想要直接改变TVD值，双击这个单元格，输入值到弹出窗口中，然后选择【应用】。只有套管和尾管有套管鞋深度。

     顶部深度同样以TVD和MD显示。这列只能为尾管的顶部MD设置。对于套管和回接管，此字段显示了防喷器的深度(零表示的是陆地上的井和带有地面井口海上的井；而孔隙+水深表示的是带有海底井口的海上的井)。当您把一个套管改成尾管时，系统会要求您为尾管输入顶部深度。为了给尾管直接输入或者改变顶部深度，在顶部MD单元格双击。输入一个新值，然后按下【输入】键来使相对应的TVD值被计算出来。您同样可以在顶部TVD单元格上双击，然后在弹出窗口中输入新的值。

为每管柱材料输入热特性。为了访问典型属性的数据库，在表单上右击，打开先前所示的材料热数据库。在这个窗口中，为任意几种常见材料选择代表数据。这些数据可以通过选择对应的行从数据库中导入，然后点击【接受】。

4)地面井口直径。这个值用来指定套管和水泥会出现的径向区域外边缘。超出从井眼中心到这个边缘的距离被认为只会出现地层岩石。

 

22.2输出

井眼地热模拟模型的输出结果包括下面三项标签：

1、小结---显示关键的输入、输出值。

     2、图形/表格---一个典型的DrillNET软件多功能输出显示，允许图形部分和表格的显示。

     3、地热分析---一个互动的窗口，他允许您查看在流体流动期间到结束的完整地热分布。

1)热分析深度图形。这个图形展示了一副井身示意图，显示出了(1)沿着水泥柱的套管程序；(2)在带有深度的井筒中，流体的彩色编码温度。流动时间对应这些结果是在计划页面中，指定的完整的流动进度表的结束。如果您想要查看其他时间，返回到计划页面，调整最后时间段的输入数据。

除了描述井筒几何形状和温度分布外，这副图形允许您指向并选择任何具体的深度和半径位置来显示详细的温度结果。移动鼠标的光标在图形上方的区域。在任何您感兴趣的半径和深度处，点击鼠标选择对应的位置。当前光标的位置数据会被显示在“光标位置”的文本框中。最近一次选择的深度和半径作为“选择的位置”的结果显示。在图形和表单中的结果会根据选择位置的半径和测深而自动的更新。

2)辐射温度分布表单和图形。这个表单和图形显示温度梯度，是一个从井眼中心开始的半径辐射的函数。MD的位置对于这些数据是常数。您感兴趣的深度是通过在井眼图形上点击鼠标来进行选择，其结果显示在“选择的位置”文本框中。

3)地热分析的深度选择。您可以选择并且查看任意井深或者半径位置的相当详细的温度分布，通过使用鼠标光标来进行选择。点击井身示意图上您感兴趣的深度和半径位置。“光标位置”文本框显示鼠标当前的位置。在您点击之后，“选择的位置”文本框显示并保存您点击的位置信息。在鼠标点击后，在页面右侧的表单和图形会自动的更新成您选择的深度和半径位置的数据。

4)MD温度分布表单和图形。这个表单和图形显示了温度与深度的函数关系。从井眼中心开始半径的位置对于这些数据来说是常量。您感兴趣的半径通过在井身示意图上点击来被选择，并显示在“选择的位置”下面。

《本章结束》