本文涉及但不限于石油鉆探技術(shù)，尤指一種獲取固井循環(huán)溫度的方法及裝置。

背景技術(shù)：

井筒循環(huán)溫度對(duì)鉆井和固井工程的影響很大，它不僅關(guān)系到注水泥作業(yè)的成敗和注水泥質(zhì)量的高低，而且與井內(nèi)壓力平衡、井壁穩(wěn)定、井內(nèi)工作液體系選擇、套管和鉆柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)等方面有關(guān)。因此，準(zhǔn)確地確定井筒循環(huán)溫度分布及其變化規(guī)律，對(duì)水泥漿體系設(shè)計(jì)、井控和安全快速鉆進(jìn)有重要的意義。

從20世紀(jì)60年代起，國(guó)外有很多學(xué)者針對(duì)井筒循環(huán)溫度進(jìn)行了研究，建立了不同的理論模型和算法，國(guó)內(nèi)近二十多年來(lái)也對(duì)井下溫度預(yù)測(cè)做了大量的研究，比較有代表性有針對(duì)地面鉆井及注水泥過(guò)程建立的井內(nèi)循環(huán)溫度計(jì)算模型，井內(nèi)循環(huán)溫度計(jì)算模型包括以下幾個(gè)部分：

管柱內(nèi)液體：

管柱壁：

環(huán)空內(nèi)液體：

地層：

計(jì)算公式(i)到(iv)中，q為排量，單位為立方每小時(shí)(m³/h)；z為井深，單位為米(m)；t為時(shí)間，單位為秒(s)；rci為管柱內(nèi)半徑，單位為毫米(mm)；rco為管柱外半徑，單位為mm；rb為井眼半徑，單位為mm；ρl為液體密度，單位為克每立方厘米(g/cm³)；ρw為管柱材料的密度，單位為g/cm³；ρf為地層巖石的密度，單位為g/cm³；cl為液體比熱，焦耳每千克(j/gk)；cw為管柱材料的比熱，單位為j/gk；cf為地層比熱，單位為j/gk；kw為管柱材料的熱導(dǎo)率，單位為瓦特/米開(w/mk)；kf為地層巖石的熱導(dǎo)率，單位為w/mk；tc為管柱內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度(℃)；tw為管柱壁的溫度，單位為℃；ta為環(huán)空內(nèi)液體的溫度，單位為℃；tf為地層溫度，單位為℃；tin為管柱入口的液體溫度，單位為℃；tout為環(huán)空出口液體溫度，單位為℃；ta為地表溫度，單位為℃；g為地溫梯度，單位為℃/m。hci、hco、hb分別為管柱內(nèi)壁、管柱外壁和井壁的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦特/平方米開(w/m²k)；qc、qa分別為管柱內(nèi)、環(huán)空內(nèi)液體的熱源，通常指液體流動(dòng)摩擦生熱。

采用上述計(jì)算計(jì)算公式，基于數(shù)值迭代方法，即可獲得井下循環(huán)溫度；上述方法雖然簡(jiǎn)練，但參考因素不全，影響計(jì)算精度，對(duì)鉆井和固井存在相應(yīng)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

以下是對(duì)本文詳細(xì)描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種獲取固井循環(huán)溫度的方法及裝置，能夠提升井筒循環(huán)溫度的計(jì)算精度，降低由井筒循環(huán)溫度精度對(duì)鉆井和固井造成的影響。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種獲取固井循環(huán)溫度的方法，包括：

將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；

結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔ⅲ@得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。

可選的，所述徑向和/或軸向?qū)釁?shù)包括：

筒壁的徑向?qū)嵝畔ⅰ⑼脖诘妮S向?qū)嵝畔?、?或流體的軸向?qū)嵝畔ⅰ?/p>

可選的，所述將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分包括：

將井筒沿徑向方向劃分為管柱內(nèi)流體、套管、環(huán)空流體、地層。

可選的，所述套管包括：

第一筒壁、夾層流體、第二筒壁。

可選的，所述管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

式中，pp為管柱內(nèi)流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為帕每米pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci_1為第一筒壁內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；rco_1、rci_1分別為第一筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為液體密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為液體導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；cp為流體比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw1為第一筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw1為第一筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向單元長(zhǎng)度，單位為米m；t為時(shí)間，單位為秒s。

其中，所述壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，所述第一筒壁的傳熱微分方程為：

所述第二筒壁的傳熱微分方程為：

所述夾層流體的傳熱微分方程為：

式中，k為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；t為溫度，單位為攝氏度℃；ρ為密度，單位為千克每立方米kg/m³；c為比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；h為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；r為半徑，單位為m。其中，下標(biāo)ci_1代表第一筒壁內(nèi)壁面；co_1代表第一筒壁外壁面；ci_2、co_2分別代表第二筒壁內(nèi)壁面、第二筒壁外壁面；w1代表第一筒壁；w2代表第二筒壁；o代表夾層流體；p代表管柱內(nèi)流體；a代表環(huán)空流體。

可選的，所述環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

式中，pa為環(huán)空流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為m³/s；hco_2、hwe為第二筒壁外壁面及井壁的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；rco_2、rci_2、rwe分別為第二筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑及井壁半徑，單位為m；kw2為第二筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tw2為第二筒壁的溫度，單位為℃；ta為環(huán)空內(nèi)液體的溫度，單位為℃；twe為地層溫度，單位為℃；其他參數(shù)前式已定義。

其中，所述壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)第一筒壁的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第一筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)第二筒壁的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第二筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)夾層流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的夾層流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

ca＝2πrwehwe；

可選的，所述套管的傳熱微分方程為：

可選的，所述管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

可選的，所述環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

cp＝-2πrci_1hci_1；

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)套管的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的套管溫度的計(jì)算方程：

其中：

可選的，所述對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

ca＝2πrwehwe；

fa＝2πrco_2hco_2。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種獲取固井循環(huán)溫度的裝置，包括：劃分單元、傳熱微分單元、離散迭代單元；其中，

劃分單元用于，將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；

傳熱微分單元用于，結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔?，獲得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

離散迭代單元用于，對(duì)所述傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。

可選的，所述徑向和/或軸向?qū)釁?shù)包括：

筒壁的徑向?qū)嵝畔?、筒壁的軸向?qū)嵝畔ⅰ⒑?或流體的軸向?qū)嵝畔ⅰ?/p>

可選的，所述劃分單元具體用于：

將井筒沿徑向方向劃分為管柱內(nèi)流體、套管、環(huán)空流體、地層。

可選的，所述套管包括：

第一筒壁、夾層流體、第二筒壁。

可選的，所述管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

式中，pp為管柱內(nèi)流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為帕每米pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci_1為第一筒壁內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；rco_1、rci_1分別為第一筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為液體密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為液體導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；cp為流體比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw1為第一筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw1為第一筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向單元長(zhǎng)度，單位為米m；t為時(shí)間，單位為秒s。

其中，所述壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，所述第一筒壁的傳熱微分方程為：

所述第二筒壁的傳熱微分方程為：

所述夾層流體的傳熱微分方程為：

式中，k為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；t為溫度，單位為攝氏度℃；ρ為密度，單位為千克每立方米kg/m³；c為比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；h為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；r為半徑，單位為m。其中，下標(biāo)ci_1代表第一筒壁內(nèi)壁面；co_1代表第一筒壁外壁面；ci_2、co_2分別代表第二筒壁內(nèi)壁面、第二筒壁外壁面；w1代表第一筒壁；w2代表第二筒壁；o代表夾層流體；p代表管柱內(nèi)流體；a代表環(huán)空流體。

可選的，所述環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

式中，pa為環(huán)空流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為m³/s；hco_2、hwe為第二筒壁外壁面及井壁的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；rco_2、rci_2、rwe分別為第二筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑及井壁半徑，單位為m；kw2為第二筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tw2為第二筒壁的溫度，單位為℃；ta為環(huán)空內(nèi)液體的溫度，單位為℃；twe為地層溫度，單位為℃；其他參數(shù)前式已定義。

其中，所述壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，所述離散迭代單元用于對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

可選的，所述離散迭代單元用于對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)第一筒壁的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第一筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)第二筒壁的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第二筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)夾層流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的夾層流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

可選的，所述離散迭代單元用于對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

ca＝2πrwehwe；

可選的，所述傳熱微分單元具體用于，結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔?，獲得計(jì)算：

套管的傳熱微分方程為：

管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

可選的，所述離散迭代單元具體用于，對(duì)所述傳熱微分方程進(jìn)行下述離散處理：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

cp＝-2πrci_1hci_1；

對(duì)套管的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的套管溫度的計(jì)算方程：

其中：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

ca＝2πrwehwe；

fa＝2πrco_2hco_2；

對(duì)所述傳熱微分方程完成離散處理后進(jìn)行數(shù)值迭代，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。

與相關(guān)技術(shù)相比，本申請(qǐng)技術(shù)方案包括：將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔?，獲得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔⑦M(jìn)行固井循環(huán)溫度的計(jì)算，提升了固井循環(huán)溫度的計(jì)算精度。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例獲取固井循環(huán)溫度的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本發(fā)明實(shí)施例獲取固井循環(huán)溫度的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行。并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

發(fā)明人分析發(fā)現(xiàn)，目前鉆井/固井工程采用的算法對(duì)井下循環(huán)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，考慮因素較少，形式簡(jiǎn)單，但包括以下缺點(diǎn)：模型考慮了液體流入、流出攜帶的熱量，以及壁面的對(duì)流換熱量，但未考慮筒壁的徑向和軸向?qū)?、流體的軸向?qū)岬纫蛩氐挠绊懀谂帕炕颦h(huán)空返速較小的工況下，將會(huì)產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差。采用內(nèi)管法固井時(shí)，井身結(jié)構(gòu)比較特殊，管內(nèi)流體與環(huán)空流體并不是由單根管柱隔離開，而是由套管隔開，套管內(nèi)部封存上一作業(yè)循環(huán)采用的鉆井液，鉆井液基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于管壁，所以會(huì)對(duì)井下循環(huán)溫度產(chǎn)生較大影響。因此，相關(guān)技術(shù)進(jìn)行固井循環(huán)溫度獲取時(shí)，誤差較大。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例獲取固井循環(huán)溫度的方法的流程圖，如圖1所示，包括：

步驟100、將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；

可選的，本發(fā)明實(shí)施例將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分包括：

將井筒沿徑向方向劃分為管柱內(nèi)流體、套管、環(huán)空流體、地層。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例套管包括：

第一筒壁、夾層流體、第二筒壁。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分包括：

將井筒沿徑向方向劃分為管柱內(nèi)流體、套管、環(huán)空流體、地層。其中，套管可以包括：第一筒壁、夾層流體、第二筒壁。

步驟101、結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔?，獲得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

可選的，本發(fā)明實(shí)施例徑向和/或軸向?qū)釁?shù)包括：

筒壁的徑向?qū)嵝畔ⅰ⑼脖诘妮S向?qū)嵝畔?、?或流體的軸向?qū)嵝畔ⅰ?/p>

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括管柱內(nèi)流體時(shí)，獲得的管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

式中，pp為管柱內(nèi)流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為帕每米pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci_1為第一筒壁內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；rco_1、rci_1分別為第一筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為液體密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為液體導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；cp為流體比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw1為第一筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw1為第一筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向單元長(zhǎng)度，單位為米m；t為時(shí)間，單位為秒s。

其中，壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

這里，公式(1)左側(cè)的第三項(xiàng)中的分母的第二項(xiàng)包含了第一筒壁的徑向?qū)嵝畔?，將第一筒壁的徑向?qū)嵝畔⒓尤氲骄驳难h(huán)溫度獲??；公式(1)左側(cè)的第四項(xiàng)增加的為對(duì)流體的軸向?qū)岬姆治?，將流體的軸向?qū)嵝畔⒓尤氲骄驳难h(huán)溫度獲取。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括第一筒壁時(shí)，獲得的第一筒壁的傳熱微分方程為：

劃分的組成部分包括第二筒壁時(shí)，獲得的第二筒壁的傳熱微分方程為：

劃分的組成部分包括夾層流體時(shí)，獲得的夾層流體的傳熱微分方程為：

式中，k為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；t為溫度，單位為攝氏度℃；ρ為密度，單位為千克每立方米kg/m³；c為比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；h為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；r為半徑，單位為m。其中，下標(biāo)ci_1代表第一筒壁內(nèi)壁面；co_1代表第一筒壁外壁面；ci_2、co_2分別代表第二筒壁內(nèi)壁面、第二筒壁外壁面；w1代表第一筒壁；w2代表第二筒壁；o代表夾層流體；p代表管柱內(nèi)流體；a代表環(huán)空流體。

劃分的組成部分包括環(huán)空流體時(shí)，獲得的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

式中，pa為環(huán)空流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為m³/s；hco_2、hwe為第二筒壁外壁面及井壁的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；rco_2、rci_2、rwe分別為第二筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑及井壁半徑，單位為m；kw2為第二筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tw2為第二筒壁的溫度，單位為℃；ta為環(huán)空內(nèi)液體的溫度，單位為℃；twe為地層溫度，單位為℃；其他參數(shù)前式已定義。

其中，壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

這里，公式(5)左側(cè)的第二項(xiàng)中的分母的第二項(xiàng)包含了第二筒壁的徑向?qū)嵝畔?，將第二筒壁的徑向?qū)嵝畔⒓尤氲骄驳难h(huán)溫度獲??；公式(5)左側(cè)的第四項(xiàng)增加的為對(duì)流體的軸向?qū)岬姆治觯瑢⒘黧w的軸向?qū)嵝畔⒓尤氲骄驳难h(huán)溫度獲取。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括管套時(shí)，獲得的套管的傳熱微分方程為：

可選的，獲得的管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

可選的，獲得的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

步驟102、對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程(1)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

對(duì)第一筒壁的傳熱微分方程(2)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第一筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)第二筒壁的傳熱微分方程(3)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第二筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)夾層流體(4)的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的夾層流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程(5)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

ca＝2πrwehwe；

可選的，對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程(12)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

cp＝-2πrci_1hci_1；

對(duì)套管的傳熱微分方程(11)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的套管溫度的計(jì)算方程：

其中：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程(13)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

ca＝2πrwehwe；

fa＝2πrco_2hco_2。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例劃分的每一個(gè)組成部分可以分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)或兩個(gè)以上微元體組成。微元體個(gè)數(shù)根據(jù)包括井深、δz在內(nèi)的參數(shù)確定，各個(gè)組成部分包含的微元體個(gè)數(shù)可以相同，劃分微元體的方法可以參照相關(guān)技術(shù)，在此不做贅述。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)地層的瞬態(tài)傳熱信息和瞬態(tài)溫度分布的信息相同，可以直接選用相關(guān)技術(shù)中的計(jì)算方程即可。另外，上述公式中，與井身結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)已知，如rco_1、rci_1、rco_2、rci_2、rwe等；物性參數(shù)已知，如ρl、kl、cp、kw1、ρw1、cw1、kw2、ρw2、cw2、ko、ρo、co等；對(duì)流換熱系數(shù)hci_1、hco_2、hwe可由豪森(hausen)公式計(jì)算；液體體積流量g，以及液體的內(nèi)熱源qhp、qha為已知；井壁溫度可由hansan-kabir(hansan-kabir為現(xiàn)有算法，不做贅述)一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型計(jì)算，也可通過(guò)二維地層導(dǎo)熱模型計(jì)算得到。上述公式中未做說(shuō)明的參數(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，在此不做贅述。

與相關(guān)技術(shù)相比，本申請(qǐng)技術(shù)方案包括：將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔?，獲得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔⑦M(jìn)行固井循環(huán)溫度的計(jì)算，提升了固井循環(huán)溫度的計(jì)算精度。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例獲取固井循環(huán)溫度的裝置的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，包括：劃分單元、傳熱微分單元、離散迭代單元；其中，

劃分單元用于，將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分單元具體用于：

將井筒沿徑向方向劃分為管柱內(nèi)流體、套管、環(huán)空流體、地層。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例套管包括：

第一筒壁、夾層流體、第二筒壁。

傳熱微分單元用于，結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔ⅲ@得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

可選的，本發(fā)明實(shí)施例徑向和/或軸向?qū)釁?shù)包括：

筒壁的徑向?qū)嵝畔?、筒壁的軸向?qū)嵝畔ⅰ⒑?或流體的軸向?qū)嵝畔ⅰ?/p>

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括管柱內(nèi)流體時(shí)，傳熱微分單元獲得的管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

式中，pp為管柱內(nèi)流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為帕每米pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci_1為第一筒壁內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；rco_1、rci_1分別為第一筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為液體密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為液體導(dǎo)熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；cp為流體比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw1為第一筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw1為第一筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向單元長(zhǎng)度，米m；t為時(shí)間，秒s。

其中，壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括第一筒壁時(shí)，傳熱微分單元獲得的第一筒壁的傳熱微分方程為：

劃分的組成部分包括第二筒壁時(shí)，傳熱微分單元獲得的第二筒壁的傳熱微分方程為：

劃分的組成部分包括夾層流體時(shí)，傳熱微分單元獲得的夾層流體的傳熱微分方程為：

式中，k為導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；t為溫度，單位為攝氏度℃；ρ為密度，單位為千克每立方米kg/m³；c為比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；h為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；r為半徑，單位為m。其中，下標(biāo)ci_1代表第一筒壁內(nèi)壁面；co_1代表第一筒壁外壁面；ci_2、co_2分別代表第二筒壁內(nèi)壁面、第二筒壁外壁面；w1代表第一筒壁；w2代表第二筒壁；o代表夾層流體；p代表管柱內(nèi)流體；a代表環(huán)空流體。

劃分的組成部分包括環(huán)空流體時(shí)，傳熱微分單元獲得的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

式中，pa為環(huán)空流體單位長(zhǎng)度壓力損失，單位為pa/m；g為鉆井液體積流量，單位為m³/s；hco_2、hwe為第二筒壁外壁面及井壁的對(duì)流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；rco_2、rci_2、rwe分別為第二筒壁外壁面半徑、內(nèi)壁面半徑及井壁半徑，單位為m；kw2為第二筒壁的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為w/mk；tw2為第二筒壁的溫度，單位為℃；ta為環(huán)空內(nèi)液體的溫度，單位為℃；twe為地層溫度，單位為℃；其他參數(shù)前式已定義。

其中，壓力損失包括：流動(dòng)摩損、和/或機(jī)械摩損。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例劃分的組成部分包括管套時(shí)，傳熱微分單元獲得的套管的傳熱微分方程為：

可選的，傳熱微分單元獲得的管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

可選的，傳熱微分單元獲得的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

離散迭代單元用于，對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。

可選的，本發(fā)明實(shí)施例離散迭代單元用于對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程(1)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

對(duì)第一筒壁的傳熱微分方程(2)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第一筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)第二筒壁的傳熱微分方程(3)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的第二筒壁溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)夾層流體(4)的傳熱微分方程進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的夾層流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程(5)進(jìn)行離散，獲得第i+1時(shí)刻，包含井深軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程為：

其中：

ca＝2πrwehwe；

可選的，離散迭代單元用于對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散處理包括：

對(duì)管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程(12)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的管柱內(nèi)流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

cp＝-2πrci_1hci_1；

對(duì)套管的傳熱微分方程(11)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的套管溫度的計(jì)算方程：

其中：

對(duì)環(huán)空流體的傳熱微分方程(13)進(jìn)行離散處理，獲得第i+1時(shí)刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點(diǎn)的環(huán)空流體溫度的計(jì)算方程：

其中：

ca＝2πrwehwe；

fa＝2πrco_2hco_2。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)地層的瞬態(tài)傳熱信息和瞬態(tài)溫度分布的信息相同，可以直接選用相關(guān)技術(shù)中的計(jì)算方程即可。迭代處理的處理方式與相關(guān)技術(shù)的處理相同，只要將本發(fā)明實(shí)施例獲得的方程帶入迭代過(guò)程即可，在此不做贅述。

與相關(guān)技術(shù)相比，本申請(qǐng)技術(shù)方案包括：將井筒沿徑向方向劃分為兩個(gè)或兩個(gè)以上組成部分；結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔ⅲ@得計(jì)算各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。本發(fā)明實(shí)施例結(jié)合徑向和/或軸向?qū)嵝畔⑦M(jìn)行固井循環(huán)溫度的計(jì)算，提升了固井循環(huán)溫度的計(jì)算精度。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)硬件(例如處理器)完成，所述程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如只讀存儲(chǔ)器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實(shí)施例的全部或部分步驟也可以使用一個(gè)或多個(gè)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，上述實(shí)施例中的每個(gè)模塊/單元可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)處理器執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的程序/指令來(lái)實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能。本發(fā)明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結(jié)合。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式及細(xì)節(jié)上進(jìn)行任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。