本文涉及但不限于石油鉆探技術，尤指一種獲取循環(huán)溫度場的方法及裝置。

背景技術：

井筒循環(huán)溫度對鉆井和固井工程的影響很大，它不僅關系到注水泥作業(yè)的成敗和注水泥質量的高低，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、套管和鉆柱強度設計等方面有關。因此，準確地確定井筒循環(huán)溫度分布及其變化規(guī)律，對水泥漿體系設計、井控和安全快速鉆進有重要的意義。

從20世紀60年代起，國外有很多學者針對井筒循環(huán)溫度進行了研究，建立了不同的理論模型和算法，國內(nèi)近二十多年來也對井下溫度預測做了大量的研究，比較有代表性有針對地面鉆井及注水泥過程建立的井內(nèi)循環(huán)溫度計算模型，井內(nèi)循環(huán)溫度計算模型包括以下幾個部分：

管柱內(nèi)流體：

管柱壁：

環(huán)空內(nèi)液體：

地層：

計算公式(i)到(iv)中，q為排量，單位為立方每小時(m³/h)；z為井深，單位為米(m)；t為時間，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為管柱材料的熱導率，單位為瓦特/米開(w/mk)；kf為地層巖石的熱導率，單位為w/mk；tc為管柱內(nèi)流體的溫度，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，通常指液體流動摩擦生熱。

采用上述計算公式，基于數(shù)值迭代方法，即可獲得井筒循環(huán)溫度；上述方法雖然簡練，上述方法僅適用于地面鉆井，不適用于深水鉆井；且數(shù)值計算時鉆進循環(huán)與不鉆進循環(huán)考慮因素不一樣，需要采用不同的數(shù)學方法分別進行計算；深水區(qū)域內(nèi)通常為了增加泥漿攜帶量，都要在海底處向環(huán)空加注增壓流量，因此整個環(huán)空區(qū)域內(nèi)流體的流量是不均勻的，在上述計算公式中未考慮這一點，造成環(huán)空溫度預測偏差較大。另外，深水區(qū)域內(nèi)隔水管或管柱外側為海水對流，而不是導熱，上述計算公式也沒有考慮海水對流的影響，計算獲得深水鉆井時的瞬態(tài)溫度分布存在誤差。

上述公開的通用計算方法，需要對模型離散后進行數(shù)值迭代，但鉆進和不鉆進過程所涉及的因素不同，計算方法也不同，目前沒有公開的通用算法，無法完整地計算從鉆進到不鉆進過程中井筒的瞬態(tài)溫度分布。

技術實現(xiàn)要素：

以下是對本文詳細描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權利要求的保護范圍。

本發(fā)明實施例提供一種獲取循環(huán)溫度場的方法及裝置，能夠實現(xiàn)完整的計算從鉆進到不鉆進過程中井筒的瞬態(tài)溫度分布。

本發(fā)明實施例提供了一種獲取循環(huán)溫度場的方法，包括：

將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分；

根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)，分別獲得計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

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

可選的，所述將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分包括：

將井筒沿管柱徑向劃分為管柱內(nèi)流體、筒壁、環(huán)空流體、隔水管；

其中，劃分的各所述組成部分分別包括對應的預設數(shù)個節(jié)點。

可選的，獲得所述傳熱微分方程之前，所述方法還包括：

獲取所述鉆井狀態(tài)參數(shù)；

其中，所述鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：時間步長δt、空間步長δz、鉆井液入口流量g、入口溫度tin、各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置、各時間節(jié)點的鉆速、井身結構參數(shù)、物性參數(shù)、鉆頭機械磨損參數(shù)和/或初始時刻各空間節(jié)點溫度值。

可選的，所述獲取鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：

獲取井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

水深ls、循環(huán)時間t_end、地層井深ld；

計算初始總井深lt為：lt＝ls+ld；

空間步長：δz＝lt/(n-1)；

時間步長：δt＝t_end/(m-1)；

各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置：lz(j)＝(j-1)δz，j＝1～n；

各時間節(jié)點鉆速：ud(i)，i＝1～m；

初始時刻井筒各節(jié)點溫度：

lz(j)≤ls時，

lz(j)>ls時，(j＝1～n；i＝1)；

井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

其中，ud為鉆進速度，鉆進時大于零，不鉆進時等于0，單位米每秒m/s；循環(huán)時間t_end單位為秒s；時間節(jié)點數(shù)為m；井筒節(jié)點數(shù)為n；海水沿井深的溫度分布為tf，單位為℃；井壁沿深度方向的初始溫度分布為單位為℃；為第i時刻，管柱內(nèi)流體在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，筒壁在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，環(huán)空流體在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，隔水管在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，井壁在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；rco為筒壁外壁面半徑，單位為米m；rci為筒壁內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為鉆井液密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為鉆井液導熱系數(shù)，單位為焦耳每千克j/kgk；cp為鉆井液比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw為筒壁的導熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；ρw為筒壁密度，單位為kg/m³；cw為筒壁比熱，單位為j/kgk；rwe為井壁內(nèi)徑，單位為m；ρg為隔水管密度，單位為kg/m³；kg為隔水管導熱系數(shù)，單位為w/mk；cg為隔水管比熱，單位為j/kgk；kf為海水導熱系數(shù)，單位為w/mk；ρf為海水密度，單位為kg/m³；μf為海水粘度系數(shù)，單位為千克每米每秒kg/ms；rgi為隔水管內(nèi)徑，單位為米m；rgo為隔水管外徑，單位為米m。

可選的，所述方法還包括：

進行所述數(shù)值迭代處理時，將各節(jié)點在前一個時間步長的溫度值作為計算當前時間步長內(nèi)溫度的初始值；

對總井深、空間節(jié)點數(shù)量根據(jù)下述公式進行更新：

更新的總井深：lt＝lt+udδt

更新的空間節(jié)點數(shù)量：

若lt-lz(n)≥δz，則n＝n+1。

可選的，所述管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

或

式(1)或式(2)中，qhp為管柱內(nèi)流體的熱源，單位為瓦每米w/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci為筒壁內(nèi)壁面的對流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw為筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向長度，單位為米m；t為時間，單位為秒s。

可選的，所述對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的管柱內(nèi)流體溫度的計算方程：

其中：

可選的，鉆進過程中，所述管柱內(nèi)流體的熱源qhp為：

qhp＝gpp+qdb/△z+g△pb/△z(4)

式(4)中，gpp為各節(jié)點在鉆進過程中均產(chǎn)生的發(fā)熱量；qdb/△z、g△pb/△z為鉆頭所對應的節(jié)點的發(fā)熱量；pp為單位長度的流動磨損，單位為帕每米pa/m；qdb為鉆進過程中，由鉆頭機械摩擦做功轉化的熱損耗，qdb＝fdbfdburl，單位為瓦w，其中，url＝πddbω鉆頭旋轉線速度，單位為米每秒m/s；fdb為摩擦系數(shù)，取值為0～1；fdb為鉆壓，單位為牛n；ddb為鉆頭平均直徑，單位為m；ω為轉速，單位為弧度每秒rad/s；△pb為泥漿經(jīng)過鉆頭噴嘴的節(jié)流作用產(chǎn)生的局部壓力損耗，△pb單位為帕pa；c代表噴嘴流量系數(shù)，無因次，取值范圍為0.914～0.98；ab代表鉆頭水口總面積，單位為平方米m²；△z為鉆頭節(jié)點與軸向相鄰節(jié)點間距離，單位為米m；

不鉆進過程中，管柱內(nèi)流體的熱源qhp為：

qhp＝gpp+g△pb/△z(5)。

可選的，鉆進過程中，所述管柱內(nèi)流體在旋轉的管柱內(nèi)螺旋流動，對應的對流換熱系數(shù)hci為：

式(6)中，nup為管柱內(nèi)流體的努謝爾數(shù)，無量綱；等效流速單位為米每秒m/s，reeff為等效流速所對應的等效雷諾數(shù)；up為管柱內(nèi)流體的軸向流動速度，單位為m/s；pr為流體的普朗特數(shù)，無量綱；α為旋轉流動對換熱影響的權重系數(shù)，取值范圍約為0.25～1；系數(shù)ah取值范圍為0.01～0.03；系數(shù)γ取值范圍為0～0.5；

不鉆進過程中，對流換熱系數(shù)hci通過非牛頓流體的計算公式獲得。

可選的，所述筒壁的傳熱微分方程為：

或，

式(7)或式(8)中，hco為筒壁外壁面的對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；ta為環(huán)空流體的溫度，單位為℃；tw為筒壁的溫度，單位為℃。

可選的，地層區(qū)域內(nèi)，不鉆進過程中，筒壁外側的所述對流換熱系數(shù)hco通過非牛頓流體的計算公式獲得；

有隔水管的深水區(qū)域，不鉆進過程中，筒壁外側的所述對流換熱系數(shù)hco通過非牛頓流體的計算公式獲得；

地層區(qū)域內(nèi)，鉆進過程中，筒壁外側對流換熱系數(shù)hco為：

式(9)中，nua為環(huán)空流體的努謝爾數(shù)，無量綱；ueff為等效流速，ueff單位為m/s，reeff為根據(jù)等效流速ueff確定的等效雷諾數(shù)；ua為環(huán)空流體軸向流動速度，單位為m/s；α為旋轉流動對換熱影響的權重系數(shù)，取值范圍約為0.25～1；系數(shù)ah取值范圍為0.01～0.03；系數(shù)γ取值范圍為0～0.5；

有隔水管的深水區(qū)域，鉆進過程中，筒壁外側對流換熱系數(shù)hco為：

無隔水管的深水區(qū)域，環(huán)空流體的溫度ta為海水的溫度tf；對應管柱壁外側的對流換熱系數(shù)hco為海水的流動換熱系數(shù)，hco為：其中，海水努謝爾數(shù)ref為海水粘度系數(shù)uf對應的雷諾數(shù)；prf為海水普朗特數(shù)，無量綱；系數(shù)c的取值范圍是0.024～0.88；n的取值范圍是0.33～0.805。

可選的，所述對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對筒壁的傳熱微分方程進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的筒壁溫度的計算方程：

其中：

可選的，所述環(huán)空流體為地層區(qū)域環(huán)空流體時，所述地層區(qū)域的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

或，

式(12)或(13)中，qha為液體流動摩擦生熱產(chǎn)生的環(huán)空流體的熱源，單位為瓦每米w/m，qha＝gpa，pa為單位長度流動磨損，單位為pa/m，pa通過非牛頓流體的流動摩阻計算公式獲得；g為鉆井液體積流量，單位為m³/s；hwe為井壁的對流換熱系數(shù)，單位為w/mk；twe為井壁溫度，單位為℃。

可選的，所述對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對地層區(qū)域的環(huán)空流體的傳熱微分方程進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的地層區(qū)域的環(huán)空流體溫度的計算方程：

其中：

可選的，地層區(qū)域內(nèi)，不鉆進過程中，筒壁外側及井壁內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hco和hwe通過非牛頓流體的計算公式獲得；

地層區(qū)域內(nèi)，鉆進過程中，筒壁外側的對流換熱系數(shù)hco：

井壁內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hwe與筒壁外側對流換熱系數(shù)hco相同；

井壁溫度twe由一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型或二維地層導熱模型獲得。

可選的，有隔水管的深水區(qū)域，所述環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

或

式中，hgi為隔水管內(nèi)壁面對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；tg為隔水管壁面溫度，單位為℃；gs為深水區(qū)域環(huán)空流體的體積流量：gs＝g+gsa，其中，gsa為海底增壓流量，單位為m³/s；對有隔水管的深水區(qū)域，鉆進過程中，hco＝hgi；

對有隔水管的深水區(qū)域，鉆進過程中，hco＝hgi；

不鉆進過程中，筒壁外側及隔水管內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hco和hgi通過非牛頓流體的計算公式獲得。

可選的，所述隔水層的傳熱微分方程為：

或，

式中，tg為隔水管的溫度，單位為℃；tf為海水溫度，單位為℃；hgo為隔水管外壁面的對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k：其中，海水努謝爾數(shù)ref為海水粘度系數(shù)uf對應的雷諾數(shù)

可選的，所述對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對隔水管的傳熱微分方程進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的隔水管溫度的計算方程：

其中：

另一方面，本發(fā)明實施例還提供一種獲取循環(huán)溫度場的裝置，包括：劃分單元、傳熱微分單元和離散迭代單元；其中，

劃分單元用于，將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分；

傳熱微分單元用于，根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)，分別獲得計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

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

可選的，所述劃分單元具體用于：

將井筒沿管柱徑向劃分為管柱內(nèi)流體、筒壁、環(huán)空流體、隔水管；

其中，劃分的各所述組成部分分別包括對應的預設數(shù)個節(jié)點。

可選的，所述裝置還包括獲取單元，用于獲得所述傳熱微分方程之前，獲取所述鉆井狀態(tài)參數(shù)；

其中，所述鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：時間步長δt、空間步長δz、鉆井液入口流量g、入口溫度tin、各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置、各時間節(jié)點的鉆速、井身結構參數(shù)、物性參數(shù)、鉆頭機械磨損參數(shù)和/或初始時刻各空間節(jié)點溫度值。

與相關技術相比，本申請技術方案包括：將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分；根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)，分別獲得計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；對傳熱微分方程進行離散和數(shù)值迭代處理，獲得井筒的瞬態(tài)溫度分布。本發(fā)明實施例根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)進行循環(huán)溫度場的計算，實現(xiàn)了鉆進和不鉆進過程中循環(huán)溫度場的獲取，提升了獲取循環(huán)溫度場的工作效率。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明技術方案的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本申請的實施例一起用于解釋本發(fā)明的技術方案，并不構成對本發(fā)明技術方案的限制。

圖1為本發(fā)明實施例獲取循環(huán)溫度場的方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例劃分的組成部分的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例獲取循環(huán)溫度場的裝置的結構框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實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算機可執(zhí)行指令的計算機系統(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。

圖1為本發(fā)明實施例獲取循環(huán)溫度場的方法的流程圖，如圖1所示，包括：

步驟100、將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分；

可選的，本發(fā)明實施例將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分包括：

將井筒沿管柱徑向劃分為管柱內(nèi)流體、筒壁、環(huán)空流體、隔水管；

其中，劃分的各所述組成部分分別包括對應的預設數(shù)個節(jié)點。

需要說明的是，本發(fā)明實施例劃分的每一個組成部分可以分別通過對應的兩個或兩個以上節(jié)點組成。節(jié)點個數(shù)根據(jù)包括井深、δz在內(nèi)的參數(shù)確定，各個組成部分包含的節(jié)點個數(shù)可以相同，劃分節(jié)點的方法可以參照相關技術，在此不做贅述。圖2為本發(fā)明實施例劃分的組成部分的結構示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實施例將井筒沿管柱徑向劃分為管柱內(nèi)流體、筒壁、環(huán)空流體、隔水管四個組成部分。

步驟101、根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)，分別獲得計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

可選的，步驟101獲得傳熱微分方程之前，本發(fā)明實施例方法還包括：

獲取所述鉆井狀態(tài)參數(shù)；

其中，鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：時間步長δt、空間步長δz、鉆井液入口流量g、入口溫度tin、各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置、各時間節(jié)點的鉆速、井身結構參數(shù)、物性參數(shù)、鉆頭機械磨損參數(shù)和/或初始時刻各空間節(jié)點溫度值。

獲取鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：

獲取井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

水深ls、循環(huán)時間t_end、地層井深ld；

計算初始總井深lt為：lt＝ls+ld；

空間步長：δz＝lt/(n-1)；

時間步長：δt＝t_end/(m-1)；

各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置：lz(j)＝(j-1)δz，j＝1～n；

各時間節(jié)點鉆速：ud(i)，i＝1～m；

初始時刻井筒各節(jié)點溫度：

lz(j)≤ls時，

lz(j)>ls時，(j＝1～n；i＝1)；

井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

其中，ud為鉆進速度，鉆進時大于零，不鉆進時等于0，單位米每秒m/s；循環(huán)時間t_end單位為秒s；時間節(jié)點數(shù)為m；井筒節(jié)點數(shù)為n；海水沿井深的溫度分布為tf，單位為℃；井壁沿深度方向的初始溫度分布為單位為℃；為第i時刻，管柱內(nèi)流體在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，筒壁在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，環(huán)空流體在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，隔水管在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；為第i時刻，井壁在軸向方向上第j節(jié)點的溫度，單位為℃；rco為筒壁外壁面半徑，單位為米m；rci為筒壁內(nèi)壁面半徑，單位為m；ρl為鉆井液密度，單位為千克每立方米kg/m³；kl為鉆井液導熱系數(shù)，單位為焦耳每千克j/kgk；cp為鉆井液比熱，單位為焦耳每千克j/kgk；kw為筒壁的導熱系數(shù)，單位為瓦每米開w/mk；ρw為筒壁密度，單位為kg/m³；cw為筒壁比熱，單位為j/kgk；rwe為井壁內(nèi)徑，單位為m；ρg為隔水管密度，單位為kg/m³；kg為隔水管導熱系數(shù)，單位為w/mk；cg為隔水管比熱，單位為j/kgk；kf為海水導熱系數(shù)，單位為w/mk；ρf為海水密度，單位為kg/m³；μf為海水粘度系數(shù)，單位為千克每米每秒kg/ms；rgi為隔水管內(nèi)徑，單位為米m；rgo為隔水管外徑，單位為米m。

需要說明的是，本發(fā)明實施例根據(jù)以下公式計算：

更新的總井深：lt＝lt+udδt；

更新的空間節(jié)點數(shù)量：若lt-lz(n)≥δz，則n＝n+1；

更新的空間節(jié)點位置為：lz(j)＝(j-1)δz，j＝1～n。

可選的，本發(fā)明實施例方法還包括：

進行所述數(shù)值迭代處理時，將各節(jié)點在前一個時間步長的溫度值作為計算當前時間步長內(nèi)溫度的初始值。

需要說明的是，本發(fā)明實施例無論地面鉆井(ls≤0)或深水鉆井(ls>0)，計算方法都適用。井筒各節(jié)點臨時溫度賦值(j＝1～n；i＝2～m)可以為：

lz(j)≤ls時

lz(j)>ls時

可選的，本發(fā)明實施例管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程為：

或

式(1)或式(2)中，qhp為管柱內(nèi)流體的熱源，單位為瓦每米w/m；g為鉆井液體積流量，單位為立方米每秒m³/s；hci為筒壁內(nèi)壁面的對流換熱系數(shù)，單位為瓦每平方米開w/m²k；tp為筒內(nèi)液體的溫度，單位為攝氏度℃；tw為筒壁的溫度，單位為℃；z為軸向長度，單位為米m；t為時間，單位為秒s。

可選的，本發(fā)明實施例：

鉆進過程中，所述管柱內(nèi)流體的熱源qhp為：

qhp＝gpp+qdb/△z+g△pb/△z(4)

式(4)中，gpp為各節(jié)點在鉆進過程中均產(chǎn)生的發(fā)熱量；qdb/△z、g△pb/△z為鉆頭所對應的節(jié)點的發(fā)熱量；pp為單位長度的流動磨損，單位為帕每米pa/m；qdb為鉆進過程中，由鉆頭機械摩擦做功轉化的熱損耗，qdb＝fdbfdburl，單位為瓦w，其中，url＝πddbω鉆頭旋轉線速度，單位為米每秒m/s；fdb為摩擦系數(shù)，取值為0～1；fdb為鉆壓，單位為牛n；ddb為鉆頭平均直徑，單位為m；ω為轉速，單位為弧度每秒rad/s；△pb為泥漿經(jīng)過鉆頭噴嘴的節(jié)流作用產(chǎn)生的局部壓力損耗，△pb單位為帕pa；c代表噴嘴流量系數(shù)，無因次，取值范圍為0.914～0.98；ab代表鉆頭水口總面積，單位為平方米m²；△z為鉆頭節(jié)點與軸向相鄰節(jié)點間距離，單位為米m；

不鉆進過程中，管柱內(nèi)流體的熱源qhp為：

qhp＝gpp+g△pb/△z(5)。

可選的，本發(fā)明實施例鉆進過程中，所述管柱內(nèi)流體在旋轉的管柱內(nèi)螺旋流動，對應的對流換熱系數(shù)hci為：

式(6)中，nup為管柱內(nèi)流體的努謝爾數(shù)，無量綱；等效流速單位為米每秒m/s，reeff為等效流速所對應的等效雷諾數(shù)；up為管柱內(nèi)流體的軸向流動速度，單位為m/s；pr為流體的普朗特數(shù)，無量綱；α為旋轉流動對換熱影響的權重系數(shù)，取值范圍約為0.25～1；系數(shù)ah取值范圍為0.01～0.03；系數(shù)γ取值范圍為0～0.5；

不鉆進過程中，對流換熱系數(shù)hci通過非牛頓流體的計算公式獲得。

需要說明的是，本發(fā)明實施例非牛頓流體的計算公式包括由豪森(hausen)等推薦的非牛頓流體的經(jīng)驗公式。

可選的，本發(fā)明實施例筒壁的傳熱微分方程為：

或，

式(7)或式(8)中，hco為筒壁外壁面的對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；ta為環(huán)空流體的溫度，單位為℃；tw為筒壁的溫度，單位為℃。

可選的，本發(fā)明實施例，地層區(qū)域內(nèi)，不鉆進過程中，筒壁外側的所述對流換熱系數(shù)hco通過非牛頓流體的計算公式獲得；

有隔水管的深水區(qū)域，不鉆進過程中，筒壁外側的所述對流換熱系數(shù)hco通過非牛頓流體的計算公式獲得；

地層區(qū)域內(nèi)，鉆進過程中，筒壁外側對流換熱系數(shù)hco為：

式(9)中，nua為環(huán)空流體的努謝爾數(shù)，無量綱；ueff為等效流速，ueff單位為m/s，reeff為根據(jù)等效流速ueff確定的等效雷諾數(shù)；ua為環(huán)空流體軸向流動速度，單位為m/s；α為旋轉流動對換熱影響的權重系數(shù)，取值范圍約為0.25～1；系數(shù)ah取值范圍為0.01～0.03；系數(shù)γ取值范圍為0～0.5；

有隔水管的深水區(qū)域，鉆進過程中，筒壁外側對流換熱系數(shù)hco為：

無隔水管的深水區(qū)域，環(huán)空流體的溫度ta為海水的溫度tf；對應管柱壁外側的對流換熱系數(shù)hco為海水的流動換熱系數(shù)，hco為：其中，海水努謝爾數(shù)ref為海水粘度系數(shù)uf對應的雷諾數(shù)；prf為海水普朗特數(shù)，無量綱；系數(shù)c的取值范圍是0.024～0.88；n的取值范圍是0.33～0.805。

可選的，所述環(huán)空流體為地層區(qū)域環(huán)空流體時，所述地層區(qū)域的環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

或，

式(12)或(13)中，qha為液體流動摩擦生熱產(chǎn)生的環(huán)空流體的熱源，單位為瓦每米w/m，qha＝gpa，pa為單位長度流動磨損，單位為pa/m，pa通過非牛頓流體的流動摩阻計算公式獲得；hwe為井壁的對流換熱系數(shù)，單位為w/mk；twe為井壁溫度，單位為℃。

可選的，本發(fā)明實施例中：

地層區(qū)域內(nèi)，不鉆進過程中，筒壁外側及井壁內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hco和hwe通過非牛頓流體的計算公式獲得；

地層區(qū)域內(nèi)，鉆進過程中，筒壁外側的對流換熱系數(shù)hco：

井壁內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hwe與筒壁外側對流換熱系數(shù)hco相同；

井壁溫度twe由一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型或二維地層導熱模型獲得。

需要說明的時，本發(fā)明實施例井壁溫度可由hansan-kabir(hansan-kabir為現(xiàn)有算法，不做贅述)一維穩(wěn)態(tài)傳熱模型計算，也可通過二維地層導熱模型計算得到。本發(fā)明實施例公式中未做說明的參數(shù)為本領域技術人員公知，在此不做贅述。

可選的，有隔水管的深水區(qū)域，所述環(huán)空流體的傳熱微分方程為：

或

式中hgi為隔水管內(nèi)壁面對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k；tg為隔水管壁面溫度，單位為℃；gs為深水區(qū)域環(huán)空流體的體積流量：gs＝g+gsa，其中，gsa為海底增壓流量，單位為m³/s；

對有隔水管的深水區(qū)域，鉆進過程中，hco＝hgi；

不鉆進過程中，筒壁外側及隔水管內(nèi)側的對流換熱系數(shù)hco和hgi通過非牛頓流體的計算公式獲得。

可選的，本發(fā)明實施例所述隔水管的傳熱微分方程為：

或，

式中，tg為隔水管的溫度，單位為℃；tf為海水溫度，單位為℃；hgo為隔水管外壁面的對流換熱系數(shù)，單位為w/m²k：其中，海水努謝爾數(shù)ref為海水粘度系數(shù)uf對應的雷諾數(shù)

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

可選的，對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對管柱內(nèi)流體的傳熱微分方程(1)進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的管柱內(nèi)流體溫度的計算方程：

其中：

可選的，本發(fā)明實施例對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對筒壁的傳熱微分方程(7)進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的筒壁溫度的計算方程：

其中：

可選的，本發(fā)明實施例對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對地層區(qū)域的環(huán)空流體的傳熱微分方程進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的地層區(qū)域的環(huán)空流體溫度的計算方程：

其中：

可選的，本發(fā)明實施例對傳熱微分方程進行離散處理包括：

對隔水管的傳熱微分方程(17)進行離散處理，獲得第i+1時刻，包含井身軸向方向上第j節(jié)點的隔水管溫度的計算方程：

其中：

需要說明的是，本發(fā)明實施例迭代處理過程和相關技術中迭代處理過程原理相同，在此不做贅述。

本發(fā)明實施例根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)進行循環(huán)溫度場的計算，實現(xiàn)了鉆進和不鉆進過程中循環(huán)溫度場的獲取，提升了獲取循環(huán)溫度場的工作效率。

圖3為本發(fā)明實施例獲取循環(huán)溫度場的裝置的結構框圖，如圖3所示，包括：劃分單元、傳熱微分單元和離散迭代單元；其中，

劃分單元用于，將井筒沿管柱徑向劃分為兩個或兩個以上組成部分；

可選的，本發(fā)明實施例劃分單元具體用于：

將井筒沿管柱徑向劃分為管柱內(nèi)流體、筒壁、環(huán)空流體、隔水管；

其中，劃分的各所述組成部分分別包括對應的預設數(shù)值個微元體。

傳熱微分單元用于，根據(jù)鉆井狀態(tài)參數(shù)，分別獲得計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程；

可選的，本發(fā)明實施例裝置還包括獲取單元，用于獲得所述傳熱微分方程之前，獲取所述鉆井狀態(tài)參數(shù)；

其中，所述鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：時間步長δt、空間步長δz、鉆井液入口流量g、入口溫度tin、各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置、各時間節(jié)點的鉆速、井身結構參數(shù)、物性參數(shù)、鉆頭機械磨損參數(shù)和/或初始時刻各空間節(jié)點溫度值。

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

本發(fā)明實施例傳熱微分單元獲得的計算在鉆進和不鉆進過程中各組成部分的瞬態(tài)傳熱信息的傳熱微分方程所需的鉆井狀態(tài)參數(shù)包括：時間步長δt、空間步長δz、鉆井液入口流量g、入口溫度tin、各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置、各時間節(jié)點的鉆速、井身結構參數(shù)、物性參數(shù)、鉆頭機械磨損參數(shù)和/或初始時刻各空間節(jié)點溫度值。

鉆井狀態(tài)參數(shù)可以通過以下方式獲?。?/p>

從系統(tǒng)屬性及參數(shù)信息中獲取井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

水深ls、循環(huán)時間t_end、地層井深ld；

計算初始總井深lt為：lt＝ls+ld；

空間步長：δz＝lt/(n-1)；

時間步長：δt＝t_end/(m-1)；

各時間節(jié)點對應的各空間節(jié)點位置：lz(j)＝(j-1)δz，j＝1～n；

各時間節(jié)點鉆速：ud(i)，i＝1～m；

初始時刻井筒各節(jié)點溫度：

lz(j)≤ls時，

lz(j)>ls時，(j＝1～n；i＝1)；

井身結構參數(shù)包括：rco、rci、rgi、rgo、rwe；

物性參數(shù)包括：ρl、kl、cp、kw、ρw、cw、kg、ρg、cg、kf、ρf、μf；

鉆頭機械磨損參數(shù)包括：鉆壓fdb、鉆頭平均直徑ddb；

對總井深、空間節(jié)點數(shù)量、空間節(jié)點位置根據(jù)下述公式進行更新：

更新的總井深：lt＝lt+udδt；

更新的空間節(jié)點數(shù)量：

若lt-lz(n)≥δz，則n＝n+1；

各空間節(jié)點位置：lz(j)＝(j-1)δz，j＝1～n；。

本發(fā)明實施例，進行所述數(shù)值迭代處理時，將各節(jié)點在前一個時間步長的溫度值作為計算當前時間步長內(nèi)溫度的初始值。

本發(fā)明實施例管內(nèi)流體入口溫度邊界為：

筒壁及環(huán)空井底節(jié)點溫度邊界條件：

本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬件(例如處理器)完成，所述程序可以存儲于計算機可讀存儲介質中，如只讀存儲器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現(xiàn)。相應地，上述實施例中的每個模塊/單元可以采用硬件的形式實現(xiàn)，例如通過集成電路來實現(xiàn)其相應功能，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)，例如通過處理器執(zhí)行存儲于存儲器中的程序/指令來實現(xiàn)其相應功能。本發(fā)明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結合。

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