深水钻井中的气液两相流传热规律研究

深水钻井中，深水的低温条件会影响钻井液密度与流变性；气侵后进入井筒的天然气在高压低温条件下会形成水合物，造成节流管线阻塞、防喷器无法操作等系列难题。这些难题与井筒中的温度密切相关，核心是深水低温环境下的气液两相流传热问题。深水钻井中，泥线以上海水同钻杆、隔水管以及节流压井管线的传热方式与泥线以下不同，需要专门进行研究。本课题拟通过理论分析，构建深水钻井钻杆、隔水管、压井节流管线中气液两相流在不同流型条件下与海水的传热模型；结合实验，得到深水低温环境时井筒与管线温度场的计算方法；并分析液相性质、气相性质、循环流速、气体体积分数、流型、海水环境等参数对深水钻井井筒与管线温度分布的影响规律，进而分析温度场对井筒中流体密度、流变性以及井筒压力分布的影响规律。本课题的研究，将丰富与完善深水井筒多相流动传热理论，为深水钻井与井控中水合物预测及参数设计提供帮助。

深水钻井中，深水的低温条件会影响钻井液密度与流变性；气侵后进入井筒的天然气在高压低温条件下会形成水合物，造成节流管线阻塞、防喷器无法操作等系列难题。这些难题与井筒中的温度密切相关，核心是深水低温环境下的气液两相流传热问题。. 本课题建立了可以模拟深水井筒传热钻井工况的实验装置。利用该装置，实验模拟了深水钻井工况环境下井筒气液两相流动在泡状流、段塞流等不同流型条件下的传热规律，得到了不同流型条件下的传热系数，为深水钻井、井控、测试的传热问题提供了基础实验数据。. 在理论分析的基础上，基于井筒、管线、防喷器与地层、海水环境的换热机理，建立了深水钻井、测试工况下循环、关井阶段的传热理论模型与流动模型，该模型考虑了气液固多相流动与传热，以及水合物相变的影响。基于数值分析方法，建立了井筒多组分多相流动的传热与流动计算方法。得到了深水钻井、测试条件下的井筒管线压力温度分布规律。给出了流动特征与水力参数设计方法，丰富了井筒多相流动与传热理论。. 分析了温度场对深水钻井、测试流动参数的影响规律。在理论与实验结果的基础上，结合天然气水合物相态条件，对深水钻井、测试及集输过程中，井筒、管线、防喷器等关键位置管线中的水合物生成进行了预测，在此基础上提出了水合物预防的措施，为深水钻完井、测试水合物防治问题提供了理论基础与设计依据。