【技术实现步骤摘要】
本申请涉及井筒传热传质，特别是涉及一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法及系统。
技术介绍
1、随着地热资源和油气资源勘探开发区域的不断扩展，地层信息的有效获取成为高效开发地热及油气资源所面临的关键核心问题之一。钻井取芯通过将取芯筒送至井底，获取地层岩心样本，随后将取芯筒以及获取的岩心从井底上运移至井口获取地层岩心样本，是一种获取地层信息的有效方式，能够获得目的地层的真实孔隙度、渗透率和含油气饱和度等关键参数。
2、然而，随着井筒深度的不断增加，地层压力和温度对岩芯的影响越来越显著。不同温压状态下，岩芯孔隙度、渗透率和含油气饱和度会发生较为显著的变化，进而影响通过获取岩心样本获取地层信息的准确度。因此，保温保压取芯成为深层井筒中广泛采用的一种取芯方式。其中保压可以采用压力补偿装置来使岩芯始终处于地层压力状态下，保温则存在多种实现方式，包括主动加热补偿和被动隔热等。为优选出保温方式并优化取芯过程参数，就需要对钻井取芯过程中岩芯的温度变化进行分析模拟。
3、但是，岩芯在上提过程中始终处于动态运动中，时间尺度远小于油气生产过程，并且与井筒流体、地层发生热量交换，导致半稳态等井筒温度计算方法难以计算上提过程中的岩芯温度。而目前采用数值模拟的方式，存在求解工作量大和无法计算整个上提过程温度变化的问题，工作效率低，准确度不高。
技术实现思路
1、本申请提供了一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法及系统，通过计算取芯过程中岩芯温度的动态变化，克服了岩芯运动、环空流体及地层
2、第一方面，本申请提供了一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，包括以下步骤：将取芯筒划分为多层筒壁结构，并获取各筒壁结构的基本参数、井筒与地层相关参数以及岩芯上提过程中的运动参数，其中，所述筒壁结构包括岩芯、内岩芯钢筒、保温层、内外岩芯钢筒之间的水、外岩芯钢筒；基于所述各筒壁结构以及对应的所述基本参数建立从内至外各筒壁结构之间的径向热量传递模型；基于所述径向热量传递模型设置模型边界条件并根据所述井筒与地层相关参数，初始化模型参数；基于所述运动参数，根据所述径向热量传递模型确定所述岩芯沿着整个井筒的温度分布，得到岩芯温度随着上提时间的变化规律；
3、可选的是，将取芯筒划分为多层筒壁结构，并获取各筒壁结构的基本参数、井筒与地层相关参数以及岩芯上提过程中的运动参数，参数包括：所述基本参数包括所述各筒壁结构的密度ρ、比热容c、高度l、半径r、导热率λ；所述井筒与地层相关参数，包括地温梯度ge、井深h、井底温度和地面温度t0；所述岩芯上提过程中的运动参数，包括上提速度v和上提时间tz。
4、可选的是，基于所述各筒壁结构以及对应的所述基本参数建立从内至外各筒壁结构之间的径向热量传递模型，包括：基于所述基本参数计算所述各筒壁结构之间的径向热量传递模型的过程参数；其中，所述过程参数包括取芯筒各筒壁结构的体积v以及内岩心钢筒、保温层、内外岩心钢筒之间的水以及所述外岩芯钢筒的各部分传热系数u；基于所述基本参数以及得到的所述过程参数分别构建所述各筒壁结构径向传热方程，得到径向热量传递模型。
5、可选的是，基于所述基本参数计算所述各筒壁结构之间的径向热量传递模型的过程参数，包括：根据所述各筒壁结构的所述基本参数的所述高和所述半径参数得到所述各筒壁结构的体积，其中所述岩心为圆柱体，体积通过公式进行描述：
6、v1＝πr12l，
7、式中，v1为岩芯体积，单位为m3，r1为岩芯半径，单位为m，l为岩芯高度，单位为m；所述内岩芯钢筒、所述保温层、所述内外岩芯钢筒之间的水、所述外岩芯钢筒均为圆筒壁，其体积通过公示进行描述：
8、
9、式中，i为所述取芯筒从内至外各部分结构的编号，i＝2,3,4,5，vi为相应部分的体积，单位为m3，ri为相应部分的外径，单位为m，ri-1为相应部分的内径，单位为m3；根据所述内岩心钢筒、所述保温层、所述内外岩芯钢筒之间的水以及所述外岩心钢筒对应的导热率λi+1分别计算得到对应各筒壁结构的传热系数ui，通过公式进行描述：
10、
11、式中，ui为对应ri半径与ri+1半径处的传热系数，单位为w/(m2·℃)；λi+1为对应部分的导热率，单位为w/(m·℃)。
12、可选的是，基于所述基本参数以及得到的所述过程参数分别构建所述各筒壁结构径向传热方程，得到径向热量传递模型，包括：将所述取芯筒自井底运移到井口的时间进行分段，当时间步长足够短的时候，预设所述取芯筒各部分之间径向发生稳态传热；基于计算相邻两个筒壁结构之间的热量传递量与对应所述筒壁结构内能的变化量相同，根据所述基本参数以及得到的所述过程参数构建径向热量传递模型。
13、可选的是，基于计算相邻两个筒壁结构之间的热量传递量与对应所述筒壁结构内能的变化量相同，根据所述基本参数以及得到的所述过程参数构建径向热量传递模型，包括：在分段的时间步长内，根据所述岩心的基本参数以及所述过程参数计算所述岩心径向传递至所述内岩心钢筒的热量与所述岩心自身内能变化量，依据传递的热量与自身内能的变化量相同构建所述岩芯的径向传热方程；在分段的时间步长内，根据所述内岩心钢筒、保温层、外岩心钢筒之间的水的所述基本参数以及所述过程参数分别计算相邻的所述内岩心钢筒、保温层、外岩心钢筒之间的水径向传递的热量与所述内岩心钢筒、保温层、外岩心钢筒自身内能变化量，依据传递的热量与自身内能的变化量相同分别构建所述内岩心钢筒、保温层、外岩心钢筒的径向传热方程；在分段的时间步长内，根据所述外岩芯钢筒的所述基本参数以及所述过程参数计算所述外岩心钢筒径向传递至环空水的热量与所述外岩心钢筒自身内能变化量，依据传递的热量与自身内能的变化量相同构建所述外岩心钢筒的径向传热方程，其中所述环空水表示所述取芯筒与井壁之间填充的水；基于构建的各筒壁结构所述径向传热方程，得到所述各筒壁结构径向热量传递模型，以确定所述岩心温度沿径向变化规律。
14、可选的是，在构建径向热量传递模型之前，还包括预设条件，具体包括：基于所述岩心长度远小于井筒深度，因此取岩心中心点作为温度计算点；基于所述岩心在井筒中处于运动状态，速度较慢，忽略摩擦生热与纵向传热；预设所述取芯筒始终居中，井壁及环空水温度与地层温度相同。
15、可选的是，基于所述模型设置所述模型边界条件并根据所述相关参数，初始化所述模型参数，包括：基于所述取芯筒由井底到井口上提过程视为匀速运动，得到上提速度与上提时间之间的关系，通过公式进行描述：
16、
17、式中，v为上提速度，单位为m/s，tz为运动总时间，单位为s，h为井深，单位为m；设置所述取芯筒各部分的初始温度等于取芯地层温度，通过公式进行描述：
18、ti0＝t0+geh，
19本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述将取芯筒划分为多层筒壁结构，并获取各筒壁结构的基本参数、井筒与地层相关参数以及岩芯上提过程中的运动参数，包括：所述基本参数包括所述各筒壁结构的密度ρ、比热容C、高度L、半径r、导热率λ；
3.根据权利要求2所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述各筒壁结构以及对应的所述基本参数建立从内至外各筒壁结构之间的径向热量传递模型，包括：
4.根据权利要求3所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述基本参数计算所述各筒壁结构之间的径向热量传递模型的过程参数，包括：
5.根据权利要求3或4所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述基本参数以及得到的所述过程参数分别构建所述各筒壁结构径向传热方程，得到径向热量传递模型，包括：
6.根据权利要求5所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于计算相邻两个
7.根据权利要1-6任意一项所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述在构建径向热量传递模型之前，还包括预设条件，具体包括：
8.根据权利要求6所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述径向热量传递模型设置模型边界条件并根据所述相关参数，初始化模型参数，包括：
9.根据权利要求8所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述运动参数，根据所述径向热量传递模型确定所述岩芯沿着整个井筒的温度分布，得到岩芯温度随着上提时间的变化规律，包括：
10.一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算系统，其特征在于，包括：获取模块，用于将取芯筒划分为多层筒壁结构，并获取各筒壁结构的基本参数、井筒与地层相关参数以及岩芯上提过程中的运动参数；
...【技术特征摘要】
1.一种钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述将取芯筒划分为多层筒壁结构，并获取各筒壁结构的基本参数、井筒与地层相关参数以及岩芯上提过程中的运动参数，包括：所述基本参数包括所述各筒壁结构的密度ρ、比热容c、高度l、半径r、导热率λ；
3.根据权利要求2所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述各筒壁结构以及对应的所述基本参数建立从内至外各筒壁结构之间的径向热量传递模型，包括：
4.根据权利要求3所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述基本参数计算所述各筒壁结构之间的径向热量传递模型的过程参数，包括：
5.根据权利要求3或4所述的钻井取芯上提过程中岩芯温度计算方法，其特征在于，所述基于所述基本参数以及得到的所述过程参数分别构建所述各筒壁结构径向传热方程，得到径向热量传递模型，包括：
6.根据权利要求5所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张波，陆努，王庆，孙腾飞，郑钰山，景英华，赵密锋，邓金睿，孙佶沛，张杨，张其星，姜瑞景，阎红巧，张巳喜，李学峰，杨珺，赵静，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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