固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究開題報告

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1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究學(xué)生姓名學(xué)　號教學(xué)院系石油工程學(xué)院專業(yè)年級石油工程2008級指導(dǎo)教師職　稱副教授單　　位石油工程學(xué)院輔導(dǎo)教師職稱研究生單　　位研究生院完成日期2012年6月99固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究1論文選題的目的、意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.1論文選題的目的、意義1.1.1論文選題的目的影響水泥環(huán)封固質(zhì)量的主要因素是提高頂替效率，沒有良好的頂替效率，其他任何措施都不會對固井質(zhì)量起到很好作用（如防止竄槽措施）。但頂替效率是固井施工過程中最難控制的因素，受到井眼條件、鉆井液性能、水泥漿性能、漿體結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工參

2、數(shù)、前置液接觸時間等等的影響。傳統(tǒng)的油氣井固井注水泥頂替方式為軸向一維頂替,該頂替理論研究獲得一系列成果。但因一維軸向頂替自身的缺點,難以將近壁泥漿、虛泥餅驅(qū)替干凈,對變徑井眼造成的回流更是無能為力。使用螺旋流頂替理論能克服這一缺點,大大改善頂替效率。但此項技術(shù)起步較晚,研究成果很少,理論很不完善,從而使其應(yīng)用受到限制。以上技術(shù)措施的理論基礎(chǔ)是保持兩相流界面的平整。普遍的共識是紊流頂替固井效果最好。實際上，由于受井眼條件、固井設(shè)備等因素的制約，層流頂替在固井施工中最多，并且同樣獲得了很好的施工效果，說明除了公認(rèn)的紊流頂替之外還有更重要的因素影響頂替效率。本文將研究在

3、注水泥施工過程中，通過對注水泥動態(tài)過程的分析研究,建立了描述這一動態(tài)過程的模擬模式。通過對螺旋流頂替理論的研究，會大大提高固井質(zhì)量，對油氣開采提供堅實的保證。因此，加強固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法的研究有著重要的理論意義和實際價值。1.1.2論文選題的意義石油工業(yè)對我國工業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。近年來，石油資源一直處于供不應(yīng)求狀態(tài)，石油工業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源供給之間的不協(xié)調(diào)日顯突出，嚴(yán)重地制約了我國石油工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而且在石油開采過程中會浪費掉大量的能源，尤其是固井質(zhì)量的好壞更是其中的重中之重。只有提高固井水泥漿頂替效率，才能最大程度地提高固

4、井質(zhì)量，進(jìn)而減少對油氣資源的浪費，這對我國石油工業(yè)的發(fā)展具有很重要的意義。要得到好的固井質(zhì)量,必須盡量提高固井注水泥的頂替效率。本研究從基礎(chǔ)理論出發(fā),通過對注水泥動態(tài)過程的分析研究,推導(dǎo)出計算各種注水泥流體在注替過程中任一時刻的井下動態(tài)參數(shù)及與之相應(yīng)的其他注水泥動態(tài)參數(shù)的模式。9固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著世界各國石油工業(yè)的發(fā)展，油井逐步向深井、超深井、排量大的方向發(fā)展，對固井質(zhì)量也提出了更高的要求。國內(nèi)外研究者做了大量的試驗和統(tǒng)計工作來描述注水泥動態(tài)過程的工作模型，理論研究集中在固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究，根據(jù)流體力學(xué)理論、推

5、導(dǎo)公式，建立數(shù)學(xué)模型結(jié)合試驗數(shù)據(jù)求解。通過國內(nèi)外研究和固井實踐證明，在井下條件確定的情況下，水泥漿環(huán)空流動的壁面剪應(yīng)力在提高水泥漿頂替效率方面起著決定性作用。1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前,國內(nèi)外定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,但是定向井注水泥技術(shù)還處于研究階段,大斜度井及水平井注水泥頂替機(jī)理,由于其復(fù)雜性,至今未見系統(tǒng)的理論發(fā)表。針對上述問題,國內(nèi)外學(xué)者從非牛頓流體在環(huán)空流動的理論研究、注水泥室內(nèi)模擬實驗研究,以及模擬注水泥頂替過程的數(shù)值計算研究三個方面對水平井及定向井注水泥進(jìn)行了一系列探索。國內(nèi)學(xué)者從理論出發(fā),通過對注水泥動態(tài)過程的分析研究,推導(dǎo)出計算各種注水泥流體在注

6、替過程中任一時刻的井下動態(tài)參數(shù)及與之相應(yīng)的其他注水泥動態(tài)參數(shù)的模式。并綜合固井技術(shù)研究的其他成果和結(jié)論,開發(fā)注水泥計算機(jī)模擬軟件。該軟件包括注水泥流體設(shè)計、注水泥工藝設(shè)計、動態(tài)參數(shù)跟蹤計算、參數(shù)校核、調(diào)整及經(jīng)驗指導(dǎo)等多方面的內(nèi)容,現(xiàn)場實際應(yīng)用對比表明,效果較好1.2.2實踐應(yīng)用由于所建立的頂替效率的數(shù)學(xué)模型是三階非線性偏微分方程,解析求解難度較大,通常都是尋求數(shù)值解。早期計算機(jī)軟硬件較為落后,進(jìn)行大規(guī)模計算有一定困難,現(xiàn)如今專業(yè)化的流體力學(xué)計算軟件已經(jīng)成熟,如李洪乾的論文借用了Ansys工程計算軟件對注水泥頂替進(jìn)行模擬,高永海利用計算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行了不

7、同因素影響規(guī)律的模擬,均取得成功。2主要研究內(nèi)容　本課題是對固井水泥漿頂替效率預(yù)測計算方法的研究，因此主要的研究內(nèi)容就是固井水泥漿頂替效率的影響因素。1、9固井注水泥頂替效率預(yù)測計算方法研究有效地驅(qū)替鉆井液，提高注水泥的頂替效率是清除鉆井液竄槽、保證水泥膠結(jié)質(zhì)量和水泥環(huán)密封效果的基本前提，通過國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)影響注水泥頂替效率的因素主要有如下六中因素：1）套管在井內(nèi)的居中度；2）液體在環(huán)空間的流動狀態(tài)；3）紊流失液體流過封隔層所接觸的時間；4）鉆井液的觸變性；5）鉆井液與水泥漿的流變性能；6）水泥漿與鉆井液的密度差。2、鉆井液的阻力和水泥漿的動力鉆井液的阻力和水泥