[发明专利]一种水泥浆候凝失重过程环空压力计算方法

权利要求书

1.一种水泥浆候凝失重过程环空压力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

水泥浆温度时间变化曲线计算步骤：

根据井底部静止温度T_sb、水泥浆返深处温度T_st和允许的温度变化范围ΔT将井筒分为n段，井筒段从上至下记为第1、2、3...i...n段，第i段井筒距离井口的垂直深度记为H_i；水泥浆水化放热开始时间记为t₀，水化放热结束时记为t_∞，从放热开始至放热结束之间的放热过程中的任意时间记为t_m；

根据参数1)、2)和3)确定水泥浆候凝过程中井筒深度H_i处的井筒温度时间变化曲线；

所述1)为水泥浆水化放热温度函数关系式，2)为井筒深度H_i处地层与水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量；3)为套管与水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量；

水泥浆失重压力计算步骤：

根据不同温度下水泥浆失重压力实验数据，结合水泥浆温度变化计算步骤确定的井筒温度分布数据，在井筒温度分布范围内每t℃拟合水泥浆失重压力数据，其中，t取不超过5的数值；

和水泥浆候凝失重过程环空压力变化规律计算步骤：

根据水泥浆失重压力计算步骤中拟合得到的水泥浆失重压力数据，以及静液柱压力计算公式反演出水泥浆在井筒温度场范围内第i段井筒的温度T_i对应的密度ρ_i；然后由温度T_i对应的密度ρ_i、以及第i段环空水泥浆底部的温度数据T_i',利用三次样条差值，得到出t_m时刻第i井段的水泥浆密度ρ_i'；再由第i井段底部深度H_i'和t_m时刻第i井段的水泥浆密度ρ_i'以及重力加速度常数g确定t_m时刻井筒环空压力Pf(t_m),最后由整个候凝失重过程中井筒环空压力，得到水泥浆候凝失重过程环空压力变化规律。

2.根据权利要求1所述的水泥浆候凝失重过程环空压力计算方法，其特征在于，所述水泥浆温度变化计算步骤如下：

任一井深处井筒温度随时间变化的计算公式如式(1)所示：

T_s＝T_e-T_t+T_c (1)

式(1)中Ts为失重状态的井筒温度,K；Te为某一井筒深度处地层和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量，K；Tc为水泥浆水化温升，K；Tt为套管和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量，K；

式(1)中某一井筒深度处地层和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量Te由如下式(2)求得：

式(2)中，T_e为某一井筒深度处地层和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量，K；r_w为井筒半径，m；U_a为地层导热系数，W/m²·K；c_c为环空内水泥浆的比热容，J/kg·K；ρ_c为环空内水泥浆的密度，kg/m³；A_a为环空的横截面积，m²；T_e,0为井筒与地层界面处温度，K；

某一深度处水泥浆水化温升T_c由如下式(3)的水泥浆水化放热函数式计算得到；

式(3)中，Q_∞为单位质量水泥浆最终水化热；c_c为环空内水泥浆的比热容，J/(kg·K)；α为水泥浆水化度；

套管和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量Tt满足函数关系式为式(4)所示：

式(4)中,T_t为套管和水泥浆热交换引起的水泥浆温度变化量，r_ci为套管内径，m；U_c为从套管到环空的总传热系数，W/(m²·K)；T_f为套管内钻井液温度，K。