[发明专利]井下真实环境的水泥石养护温度的确定方法

权利要求书

1.井下真实环境的水泥石养护温度的确定方法，其特征在于，包括：

S1、获取井筒的初始条件，初始条件包括井筒的尺寸参数、钻井时涉及液体的流变性与密度、固井流体性能和泵入排量，以及套管、水泥环、岩石及流体的热物理参数；

S2、获取井筒的径向步长、轴向步长d_h和时间步长，并分别基于三个步长确定井筒的径向网格数量i、轴向网格数量j和时间网格数量n；

S3、根据地表温度T_s，确定注水泥循环期井筒-地层的初始温度：

其中，为套管内、套管壁、环空或近井壁地层的初始温度，℃；g_f为地温梯度，℃/100m；z_j为井深，m；

S4、对注水泥循环期井筒-地层的瞬态传热模型A进行离散处理，并根据初始条件和注水泥循环期井筒-地层的初始温度，采用全隐式有限差分法求解离散后的瞬态传热模型A，得到循环期井筒-地层各区域每个时间节点温度；

S5、判断循环期井筒-地层的第n+1个时间节点温度与第n个时间节点温度之差是否小于等于预设精度，若是，进入步骤S7，否则进入步骤S6；

S6、采用循环期井筒-地层的温度更新注水泥循环期井筒-地层的初始温度，之后返回步骤S4；

S7、采用循环期井筒-地层的温度作为注水泥候凝期井筒-地层的初始温度，并进入步骤S8；

S8、对注水泥候凝期井筒-地层的瞬态传热模型B进行离散处理，并根据初始条件和注水泥候凝期井筒-地层的初始温度，采用全隐式有限差分法求解离散后的瞬态传热模型B，得到候凝期井筒-地层中每个时间节点温度；

S9、判断候凝期井筒-地层的第n+1个时间节点温度与第n个时间节点温度之差是否小于等于预设精度，若是，进入步骤S11，否则进入步骤S10；

S10、采用候凝期井筒-地层的温度更新注水泥候凝期井筒-地层的初始温度，之后返回步骤S8；

S11、采用候凝期井筒-地层的温度中的上开次水泥环温度作为水泥石养护温度，其中，i＝1，2，3，4，5分别为套管内流体、套管壁、环空水泥浆、上开次套管、上开次水泥环，τ×d_h＝h，h为上层套管下入深度；

所述注水泥循环期井筒-地层的瞬态传热模型A包括：

循环期套管内瞬态传热模型：

其中，Q_ip为套管内流体流动产生的热量，J；r_ip为井筒内套管内半径，m；ρ_m为井筒流体密度，kg/cm³；q为注水泥排量，m³/s；c_m为井筒流体比热容，J/(kg·℃)；T_ip为注水泥时套管内流体温度，℃；h_ip为井筒内套管内壁对流换热系数，W/(m²·℃)；T_p为注水泥时套管壁温度，℃；

循环期套管壁瞬态传热模型：

其中，λ_p为套管的热传导系数，W/(m·℃)；h_ip为井筒内套管内壁对流换热系数；W/(m²·℃)；r_op为井筒内套管外半径，m；h_op为井筒内套管外壁对流换热系数，W/(m²·℃)；T_a为注水泥时环空流体温度，℃；ρ_p为套管密度，kg/cm³；c_p为套管比热容，J/(kg·℃)；

循环期环空瞬态传热模型：

其中，r_w为井眼半径，m；h_w为井壁对流换热系数，W/(m²·℃)；T_w为注水泥时井壁温度，℃；Q_a为套管内流体流动产生的热量，J；

循环期近井壁瞬态传热模型：

其中，λ_w为井壁的材质热传导系数，W/(m·℃)；r_c为第一层近井壁单元半径，m；ρ_w为近井壁材质的密度，kg/cm³；c_w为近井壁材质的比热容，J/(kg·℃)；

近井壁地层包括套管与水泥环：

其中，r_fi为近井壁单元半径，单位为m，i＝1,2,3……；T_fi为注水泥时近井壁单元温度，单位为℃；λ_fi为注水泥时近井壁单元热传导系数，W/(m·℃)；ρ_fi为近井壁单元密度，kg/cm³；c_fi为近井壁单元比热容，J/(kg·℃)；T_fi为注水泥时近井壁单元温度，℃；

在井壁处的边界条件：

其中，λ_m为井筒内流体热传导系数，W/(m·℃)；z_j为井深；t为时间，s；

在井底处的边界条件：

T_ip(z＝H,t)＝T_p(z＝H,t)＝T_a(z＝H,t)；

所述注水泥候凝期井筒-地层的瞬态传热模型B包括：

候凝期套管内瞬态传热模型：

候凝期套管壁瞬态传热模型：

候凝期环空瞬态传热模型：

候凝期近井壁温度模型：

候凝期近井壁各单元传热模型：

其中，T′_p为候凝时套管壁温度，℃；T′_ip为候凝时套管内流体温度，℃；h′_ip为套管内壁自然热对流系数,W/(m²·℃)；T′_a为候凝时环空流体温度，℃；T′_w为候凝时井壁的温度，℃；T′_fi为候凝时近井壁单元温度，℃；Q_∞为水泥浆最终水化热，J/kg；α为水泥浆水化度。