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根据随钻录井中热力学参数、泥浆参数及井身结构参数等,并给地层温度梯度一个初值,从热力学及流体力学等有关方程出发,经过推演得到井壁上温度随深度变化以及地层温度分布的数学模型用于计算泥浆出口温度。将此计算值与实测的泥浆出口温度值比较,根据比较结果再修正地层温度梯度,如此反复,直至计算值与实测的泥浆出口温度值相等,从而得到钻头所在的初始地层静温。由于钻井过程中泥浆、岩石及其温度场间是相互作用、相互影响的,这为研究热—流—固耦合过程的理论与应用提供了一种新的方法。
钻井时,由于地层温度梯度的影响,钻井液通过与地层交换热量,使得地层出现温度分布不均现象,这种分布使钻井液温度有所升高,导致泥浆入口与进口温度有所不同。如何通过入口与进口泥浆温度差来反算地层的静温是录井工作中一个很有意义的研究课题。目前一般使用测井的温度数据,采用Horner 半对数方法得到[1 ,2 ,3], 这种方法不仅费时, 而且很多情况下Horner 半对数图上不出现直线段,得到的地层静温也就不准确。本文利用录井数据,将钻井液视为液固两相非牛顿流体,并考虑流体的自然对流传热、流体与固壁之间的表面换热及岩石的热传导[4 ,5],通过数值计算方法得到井底静温,不需要特殊的工艺。由泥浆入口温度和出口温度计算井底静温的原理是:在所有热力学参数、泥浆有关参数及井身结构参数等已知的情况下,给一个地层温度梯度,可通过有关计算得到泥浆出口温度,将这个计算温度与实测的泥浆出口温度进行对比,如果两者不相符合,则改变地层温度梯度后再进行计算。如此反复,直至计算的出口温度与实测的泥浆出口温度一致为止,此时的地层温度梯度可被用来计算该井深下的地层静温。因此,研究地层静温的关键是从热力学及流体力学有关方程出发,通过数值差分或其他方法得到井壁上的温度随深度的变化及地层的温度分布。
数学模型的建立，流体的视粘度(有效粘度) :钻井液可认为是不可压流体,但由于泥浆的粘稠性,不可能用牛顿流体来处理,必须采用非牛顿流体来处理,对非牛顿流体这里研究的是宾厄姆流体和幂律流体。如高固相泥浆及加重泥浆,其流变特征近似宾厄姆流体,低固相泥浆可加入稀释剂,其流变特征近似幂律流体。