深层页岩气水平井井筒瞬态传热特性及降温策略

杨谋1，车双苗1，吴鹏程2，王旭东2，陈烨2，付建红1（1.西南石油大学石油与天然气工程学院　2.中国石油西南油气田公司油气工艺研究院）

摘要：在四川盆地南部深层页岩气长水平井钻井过程中，旋转导向工具在地层温度超135 ℃时频繁失效，严重制约“一趟钻”技术实施，而传统降温措施随井段延伸受地层传热与循环摩阻影响加剧，工具适用性面临挑战。为此，基于能量守恒原理，建立了考虑钻头破岩、钻柱旋转、喷嘴水力耗散及循环摩阻等多热源耦合的井筒- 地层瞬态传热模型，系统分析了钻井参数、钻具结构及短起下钻循环工艺对井筒温度的影响，揭示了高温环境下井筒多热源耦合传热机理，进而提出了有效的降温调控策略。研究结果表明：①径向热传导是影响深井温度场计算的关键因素，忽略该效应将导致最高1.63% 的井底温度预测误差；②采用Ø139.7 mm 钻杆替代Ø127.0 mm钻杆可使井底温度降低3.2 ℃ ；③将钻柱内壁涂层热导率由45 W/(m·℃) 降至1 W/(m·℃) 时，理论最大降温幅度可达21 ℃ ；④现场应用证实，“短起下钻循环20 min＋循环排量15 L/s”的协同降温策略可使井底温度实测降低3.0～5.2 ℃，与模型预测值4.5 ℃高度吻合。结论认为，该研究成果量化了多热源耦合传热规律及各项降温措施的效能，为高温环境下深层页岩气长水平井钻井提供了可靠的理论依据与可操作的温控策略，对保障深层页岩气安全高效钻进具有重要意义。

关键词：深层页岩气水平井；瞬态传热模拟；热源项；钻井效率；安全钻进；参数优化；温度控制；数值模型