中国石油大学(华东)李美春获国家专利权
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龙图腾网获悉中国石油大学(华东)申请的专利一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121006962B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-16发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511536785.9,技术领域涉及:E21B36/00;该发明授权一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法及系统是由李美春;刘子青;孙金声;吕开河;刘敬平;白英睿;黄贤斌;王金堂;金家锋;黎剑设计研发完成,并于2025-10-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法及系统在说明书摘要公布了:本发明涉及一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法及系统,属于深层油气钻采技术领域,通过建立中空微球在环空内的迁移‑吸附沉积‑再悬浮动力学模型,得到井壁沉积层厚度的时空演化规律,并将沉积层等效为附加热阻纳入井筒‑地层传热模拟,采用有限差分法求解钻柱内钻井液、钻柱、环空钻井液和地层的能量守恒方程以获得井筒温度场剖面。在此基础上,通过改变中空微球质量分数与热导率等参数,以环空最大温度降低量为指标对降温效果进行定量评价。本发明能够定量评估配方与钻井工况对井筒降温性能的影响,具有施工简便、适用性强及良好的工程推广价值,对于超深层油气勘探开发具有重要应用意义。
本发明授权一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种超深井多孔中空微球随钻吸附井壁隔热降温方法,其特征在于,包含以下步骤: 步骤S1、建立中空微球在井筒环空内的迁移、吸附沉积与再悬浮动力学模型,研究得到中空微球颗粒在井壁形成沉积层厚度的时空演化规律; 首先,计算壁面上颗粒的有效沉积速率,方程表示如下: J dep=βkmCGθ1 2 3 式中,Jdep为沉积通量,kg·m-2·s-1;β为黏附效率;C为截面平均颗粒质量浓度,kg·m-2;km为颗粒与壁面的质量传递系数;θ为颗粒覆盖度;Gθ为表面覆盖函数;θmax为最大覆盖度;nb为覆盖效应指数;ρpack为沉积层的表观密度,kg·m-3;δmax为最大沉积厚度,m;ms为单位面积的颗粒沉积质量,kg·m-2; 颗粒的质量传递系数km表征了颗粒由流体主体输运至壁面的能力,由以下关系式计算: 4 5 式中,Sh为舍伍德数;DB为布朗扩散系数,m2·s-1;Dh为环空水力直径,m;kB为玻尔兹曼常数,J·K-1;dp为颗粒直径,m;T为环空温度,K;μ为钻井液的黏度,mPa·s; 沉积在壁面的颗粒在流体剪切力作用下发生脱落,颗粒脱落通量采用以下函数表征: 6 式中,Jdet为脱落通量,kg·m-2·s-1;kdet为基准脱落系数,s-1;ms为单位面积的颗粒沉积质量,kg·m-2;τc为临界剪切应力,Pa;τw为壁面剪切应力,Pa;nd为剪切敏感指数; τ w 的计算过程为: 7 8 9 式中,Re为雷诺数;f为达西摩擦因子;van为钻井液在环空上返的速度,m·s-1;μ为钻井液的黏度,mPa·s;ρ为钻井液的密度,kg·m-3; 环空中颗粒浓度Cs,t随时间和空间的动态变化由以下守恒方程控制,其变化率取决于壁面沉积与脱落通量的净效应: 10 13 其中,δs,t即为中空微球颗粒在井壁形成沉积层厚度的时空演化结果;van为环空中的钻井液流速,m·s-1;Paf为环空的周长,m;Cin为环空底部的中空微球浓度,kg·m-3;Aaf为环空的流通面积,m2;ρ为钻井液的密度,kg·m-3;wp为中空微球的质量分数; 步骤S2、依据S1得到的沉积层厚度δs,t,建立沉积层的等效热阻模型,对井壁表面沉积层的隔热作用进行量化表征; 步骤S3、将钻井系统分为钻柱内钻井液、钻柱、环空钻井液和地层四个温度区域,耦合井壁沉积层的隔热作用,分别建立每个区域的能量守恒方程; 步骤S4、通过有限差分法对S3步骤中的能量守恒方程进行离散求解; 步骤S5、在完成模型求解的基础上,改变中空微球的质量分数wp和导热系数λ,重复步骤S1到S4,得到环空钻井液的温度剖面,定量评价中空微球对井筒温度场的隔热降温效果。
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