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深水隔水管直径偏大,深水浅层破裂压力低,深水作业环境复杂,深水钻井作业中普遍存在隔水管内携岩困难、井简压力和当量循环密度(ECD)控制难的问题。深水钻井携岩安全和井壁稳定性问题极易发生。因此,深水钻井设计时,建立深水大直径隔水管系统的环空携岩和ECD计算的理论体系,研究深水条件下的携岩和ECD问题,具有重要的意义。 基于无隔水管增压排量下深水温度场的计算方法,结合热力学相关理论,对有隔水管增注情况下的深水钻井井筒流体温度场进行了研究,建立该情况下温度场预测方法和预测模型,并得出井筒流体温度场分布。研究结果表明:隔水管增压管线排量对深水井筒流体温度场分布影响明显,影响区域较大;较管柱而言,增压排量对环空内井筒流体温度场分布的影响更为明显;因钻井液流动方向的不同,管柱内钻井液温度受增压排量的影响更深入地层段。研究深水温度分布时,隔水管增压排量影响不可忽略,在实际应用中必须加以考虑。该模型解决了有隔水管增压排量情况下的深水温度分布场的计算问题,给有隔水管增压排量时,涉及钻井液温度的深水钻井水力学问题的研究提供了前提。 深水低温对钻井液性能影响显著,其粘度和切力的改变使深水携岩与常规陆上钻井不同。由于温度降低带来钻井液性能的改变对不同粒径岩屑上返速度的影响程度不同,深水携岩研究中,考虑岩屑粒径分布是必要的。本文基于环空固相浓度为标准的携岩理论,结合深水钻井井筒温度分布及钻井岩屑粒径的分形特征,建立了考虑温度和岩屑粒径分布的深水钻井携岩模型。利用该模型可得特定钻井条件下排量和机械钻速的合理范围以及他们的制约关系,为现场实际提供理论参考。该模型可计算全井及井眼各段环空内岩屑浓度大小及其浓度随着循环时间变化的分布及变化规律,并应用在现场深水钻井岩屑浓度的分析计算中,取得良好应用效果。 研究了深水携岩和ECD相互影响下的隔水管增压管线开启条件及增压排量大小的确定方法。该方法为现场钻井液循环中增压管线工作方式的选择提供理论参考。 上述的研究成果形成了一套较为完整的深水环空水力学设计理论与方法,对深水钻井现场实际有重要的指导意义。