<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1049547</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2022.1049547</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Wellbore multiphase flow behaviors of gas kick in deep water horizontal drilling</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Wang et al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/fphy.2022.1049547">10.3389/fphy.2022.1049547</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Xiansi</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Lianlu</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Xiangpeng</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Bi</surname>
<given-names>Shaokun</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2016402/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Hua</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1">
<sup>1</sup>
</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Jianbo</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2033669/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>Xiaohui</given-names>
</name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2">
<sup>2</sup>
</xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1">
<sup>1</sup>
<institution>Drilling Division</institution>, <institution>CNPC Offshore Engineering Co., Ltd.</institution>, <addr-line>Tianjin</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<aff id="aff2">
<sup>2</sup>
<institution>School of Petroleum Engineering</institution>, <institution>China University of Petroleum (East China)</institution>, <addr-line>Huangdao</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1242104/overview">Weiqi Fu</ext-link>, China University of Mining and Technology, China</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1889378/overview">Jiahui Chen</ext-link>, University of Alberta, Canada</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2020952/overview">Youqiang Liao</ext-link>, Institute of Rock and Soil Mechanics (CAS), China</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xiaohui Sun, <email>sxh049306@163.com</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Interdisciplinary Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>31</day>
<month>10</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2022</year>
</pub-date>
<volume>10</volume>
<elocation-id>1049547</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>20</day>
<month>09</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>05</day>
<month>10</month>
<year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Wang, Huang, Li, Bi, Li, Zhang and Sun.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Wang, Huang, Li, Bi, Li, Zhang and Sun</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>During the deepwater drilling, the complicated gas-liquid-solid multiphase flow will occur if the formation gas enters and migrates in the wellbore. Through understanding of the wellbore flow behaviors is of great importance for the blowout prevention and well control. Considering the dynamic mass and heat transfer process in wellbore caused by alternating ambient temperature field, a multiphase flow model of multicomponent fluid in wellbore is deduced and developed, including the continuity equation, momentum conservation equation and energy conservation equation. Furthermore, the corresponding initial and boundary conditions are proposed for different working conditions in deepwater drilling, and an efficient numerical solution method is established, including dynamic mesh generation method and discrete solution method of partial differential equations. Applied in a deep-water kicking well, the proposed model is used to analyze the multiphase flow rules in the wellbore. The results show that in the process of annular fluid returning from the bottomhole, the pressure generally decreases linearly, while the temperature change is nonlinear. The temperature first rises and then falls at the formation section, and first falls and then rises at the seawater section. Furthermore, the pit gain increases approximately in a quadratic polynomial relationship, caused by the rise and expansion of gas in the wellbore, and the pressure drop and gas influx rate increase at the bottomhole. In the process of kick evolution, the standpipe pressure and bottomhole pressure gradually decrease, which can be an important sign for kick detection.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>gas kick detection</kwd>
<kwd>multiphase flow (G/L/S)</kwd>
<kwd>deepwater well</kwd>
<kwd>numerical solution</kwd>
<kwd>transient heat transfer</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>During deepwater drilling, the formation gas intrudes into the wellbore and blowout occurs, which is a great threat to safe and efficient drilling. In 2010, the Deepwater Horizon drilling platform in the Gulf of Mexico blew out, causing direct economic losses of more than 68 billion US dollars. In addition, it also caused huge casualties and well completion disasters [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]. Therefore, studying the rules of wellbore multiphase flow during gas kick has important engineering value for accurately understanding the gas invasion process and make well control plan for the blowout prevention.</p>
<p>Since the 1960s, great efforts have been made to study the multiphase flow model in gas kick. Leblanc and Leuis (1968) established a kick model based on the homogeneous flow theory [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], but the model ignores the friction and pressure loss in the annulus and gas-liquid slippage velocity, which is only suitable for simplified calculation. The kick flow model established by Records (1972) considers the influence of friction and pressure loss in the annulus, but the calculation result of the model has a significant error compared with the field measurements [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. Horberock and Stanbery (1981) established the momentum conservation equation of fluid in vertical pipeline. Based on the theory of homogeneous flow, the gas-liquid flow characteristic are analyzed [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. Considering gas-liquid slippage and pressure loss of two-phase flow, Santos (1982) introduced the concept of void fraction and established a deep-well kick flow model [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. Nickens (1987) analyzed the wellbore multiphase flow parameters considering the gas-liquid phase transition, slippage and mass transfer [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. They studied the effects of wellbore shape, BHA and hydraulic parameters on wellbore pressure distribution. On this basis, Ohara (1995) proposed a deep-water well control model [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], in which the flow process of mud at different stages in the well is divided into several sub models for simulation. In particular, Nunes (2002) proposed an analytical model of wellbore multiphase flow and the corresponding numerical solution method [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. The model can calculate the pressure distribution and gas distribution in the wellbore and choke line at different times. Wang and Sun (2009) established a multiphase flow model in a gas kick [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], which can be applied to the wellbore multiphase flow simulation in the process of gas kick and well killing in deepwater drilling. Pourafshary et al (2009) considered the coupling between wellbore fluid and reservoir fluid and the slippage of multicomponent gas and liquid phase, and established the unsteady wellbore two-phase flow model assuming that the gas phase and liquid phase are in phase equilibrium on any wellbore section [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. Lu and Connell (2014) considered the phase transition process in wellbore multiphase flow and established the unsteady model of wellbore liquid injection process based on phase stability analysis and phase separation calculation [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. Udegbunam et al. (2014) analyzed the influence of uncertainty of parameters such as pipe string dimension, slippage velocity, friction coefficient and reservoir characteristics on flow characteristics during underbalanced drilling [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. Fu et al. (2020) [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] experimentally studied and modelled the methane hydrate formation under bubbly flow condition in the deep-water drilling wellbore. The methane hydrate formation in drilling mud altered the rheology of drilling mud which made it exhibit non-Newtonian behavior [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] and increased the pressure losses of drilling mud in the wellbore [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. Their works are significant for increasing accuracy of predicting pressure loss in wellbore and provided a solid stone for modelling the multiphase flow behavior in deepwater wellbore. Recently, Sun et al (2018) developed several models to analyze the effect of phase transition on gas kick migration in wellbore [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>].</p>
<p>During deepwater drilling, the multiphase flow rules of gas kick is more complex than that of onshore well kick, caused by the alternating change of low temperature at seawater section and high temperature at deep formation section. The flow in wellbore is a complex dynamic mass and heat transfer process. Therefore, it is necessary to establish an accurate multiphase and multicomponent flow model to obtain the dynamic distribution of flow parameters such as fluid velocity, pressure and temperature in the process of blowout evolution. In this paper, considering the dynamic mass and heat transfer process in wellbore, a multiphase flow model in wellbore of multicomponent fluid is deduced and established. Furthermore, the corresponding initial and boundary conditions are presented for different working conditions in deepwater drilling and an efficient numerical solution method is established, including dynamic mesh generation method and discrete solution method of partial differential equation. Last, a detailed analysis has been performed to evaluate the wellbore multiphase flow process of a deep-water kicking well.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Wellbore multiphase flow model of gas kick</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Assumptions</title>
<p>There are complex changes in multiphase flow parameters in deepwater drilling. The model assumptions are as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) Fluid flow is regarded as one-dimensional flow along the wellbore, ignoring the rotation of drilling tools and the axial migration of drilling fluid.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) There is stable radial heat transfer between wellbore and formation, and the rock is homogeneous.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) Ignore the changes in physical property of formation rock, drilling tools, casing and cement sheath.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4) Ignore the heat generated by the friction of the drilling tool.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>5) The dissolution of gas is instantaneous.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Continuity equation and momentum conservation equation</title>
<p>As a gas kick occurs in deepwater drilling, the gas phase, drilling fluid phase, cuttings phase and hydrate may exist in the wellbore at the same time. According to the principle of mass conservation, the continuity equations of each phase in the wellbore are developed as follows: <disp-formula id="e1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>Where, <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is density of produced gas, kg/m<sup>3</sup>; <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is flow velocity of produced gas, m/s; <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the local volume fraction of produced gas, dimensionless; <italic>A</italic> is local annulus sectional area, m<sup>2</sup>; <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is mass of gas produced per unit thickness per unit time, kg/(s&#x2219;m); <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the mass fraction of natural gas in gas hydrate, dimensionless; <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the formation/decomposition rate of gas hydrate per unit length in the wellbore [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], kg/(s <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2219;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> m); <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is local volume fraction of drilling fluid, dimensionless; <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is local upward velocity of drilling fluid, m/s; <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the local solubility of gas, m<sup>3</sup>/m<sup>3</sup>; <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the density of gas, kg/m<sup>3</sup>; <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the density of drilling fluid and rock cuttings, kg/m<sup>3</sup>; <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the velocity of drilling fluid and cuttings, m/s; <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the migration rate of rock cuttings, kg/s.</p>
<p>Based on the momentum conservation principle of fluid in the wellbore, the equation of pressure field distribution is obtained as follows:<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m21">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">gcos&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Energy conservation equation</title>
<sec id="s2-3-1">
<title>2.3.1 Transient wellbore temperature field</title>
<p>The schematic of energy conservation in the model is shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. Assuming that the flow is gas-liquid two-phase flow, the energy equation of wellbore unsteady flow and heat transfer is proposed. The annular element of the well section below the mudline is analyzed as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2460; The heat flowing into the micro element from the lower end face <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Schematic of energy conservation equation derivation in kick multiphase flow model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g001.tif"/>
</fig>
<p>Each parameter is a function of time and position, <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, the temperature at the lower surface is <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and each parameter is <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>Where, <italic>i</italic> is each component in the wellbore, respectively, <italic>g</italic> (gas), <italic>w</italic> (drilling fluid), <italic>C</italic> (rock cuttings) and <italic>H</italic> (hydrate); <italic>m</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the mass flow rate of each component, kg/s; <italic>C</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> is the specific heat capacity of each component, J/(kg<sup>.</sup> &#x00B0;C).<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2461; The heat flowing into the micro element from the lower end face <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The temperature at the upper end is <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2462; Heat flowing from the formation into the annulus <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In which, <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the total heat transfer coefficient between annulus fluid and formation, which is related to the thermal resistance of annulus fluid, casing and cement sheath. Generally, the thermal resistance of steel is small, and the temperature of inner and outer walls of casing can be approximately equal,<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>T<sub>D</sub>
</italic> is the transient heat transfer function, which is simulated as follows <disp-formula id="e11">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.128</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3</mml:mn>
<mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msup>
<mml:mn>10</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.4036</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1.5</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In case of the seawater section,<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>Where, <italic>k</italic>
<sub>
<italic>rs</italic>
</sub> is the thermal conductivity of riser.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2463; Heat flowing into the drilling tool from the annulus <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>w</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">ln</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2464; Heat change inside the wellbore unit <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to the energy conservation, the heat change inside the unit body &#x3d; the heat flowing into the unit body&#x2014;the heat flowing out of the unit body, i.e.<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we obtain<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m50">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, the temperature field equation in the annulus is obtained as,<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Similarly, the equation of temperature field in drill pipe is obtained as,<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3-2">
<title>2.3.2 Ambient temperature field</title>
<p>1) Seawater temperature field.</p>
<p>The complex ambient temperature field is one of the key factors affecting the multiphase flow rules in wellbore. The temperature at seawater section decreases gradually with water depth, and the variation trend is nonlinear. However, the temperature at formation rock section gradually increases with well depth, and the change trend is related to the formation temperature gradient.</p>
<p>The simulation methods of seawater temperature in spring, summer and autumn (Gao, 2007 [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]) are as follows.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2460; Water depth <italic>h</italic> &#x2264; 200&#xa0;m,</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">p</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>13.68</mml:mn>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>200</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">S</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>13.7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>180</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mn>20</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>13.7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>150</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mn>50</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">i</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">r</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>13.7</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>100</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">h</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mn>200</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>Where, <italic>T</italic>
<sub>sea</sub> is seawater temperature, &#xb0;C; <italic>T</italic>
<sub>s</sub> is the seawater surface temperature, &#xb0;C.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2461; Water depth <italic>h</italic> &#x3e; 200&#xa0;m</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>39.4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>37.1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>130.1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>402.7</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>100</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">m</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>2) Formation temperature field.</p>
<p>The variation of formation temperature field in deep-water drilling is similar to that in onshore drilling. The formation temperature gradient is mainly related to the lithology and sedimentary characteristics of the rocks.<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>Where, <italic>T</italic>
<sub>0</sub> is seawater temperature at mudline, &#xb0;C; <italic>h</italic>
<sub>0</sub> is the sea water depth, m; <italic>h</italic> is the vertical depth, m.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Definite solution condition and numerical solution method</title>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Initial and boundary conditions</title>
<sec id="s3-1-1">
<title>3.1.1 Initial condition</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) Initial conditions of temperature field</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>&#x2460; Start circulating</p>
<p>At initial condition, the fluid temperature in the wellbore is the same as the ambient temperature:<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>&#x2461; Gas kick process</p>
<p>The initial condition of temperature field in gas kick is the temperature distribution of drill pipe and annulus calculated at the moment before gas kick.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) Initial conditions of pressure field</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>During normal drilling, there is no gas influx<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>Q</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>Where, <italic>Q</italic>
<sub>m</sub> is the displacement of mud pump, m<sup>3</sup>/s; <italic>q</italic>
<sub>c</sub> is the displacement of rock cuttings, m<sup>3</sup>/s.</p>
<p>Regarding the calculation of flow parameters during pump shutdown and well killing, the initial conditions are the distribution of flow parameters in the wellbore at the moment before the change of working conditions.</p>
</sec>
<sec id="s3-1-2">
<title>3.1.2 Boundary condition</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) Boundary conditions of temperature field</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Because the liquid temperature at the drill string inlet can be measured directly, the boundary condition of the temperature field is<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>At the same time, the temperatures of the liquid in the drill string and the annulus liquid at the bottom of the well are equal, i.e.<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>Where, <italic>T</italic>
<sub>in</sub> is the inlet temperature of drill string, &#xb0;C; <italic>T</italic>
<sub>in</sub> is the well depth, m.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) Boundary conditions of pressure field and velocity field</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>During a gas kick, the boundary conditions of pressure and flow velocity parameters are as follows.<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>Where, <italic>P</italic>
<sub>s</sub> is wellhead back pressure, Pa.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Numerical solution method</title>
<sec id="s3-2-1">
<title>3.2.1 Meshing</title>
<p>It is very difficult to obtain the analytical solution directly for the established multiphase flow model. In this study, the corresponding numerical algorithm is established for the above model. Firstly, the wellbore needs to be meshed, and the spatial grid length (usually long at the bottom and short at the top) is dynamically selected according to the fluid velocity and gas rising velocity in the wellbore. Then set the initial time step, and automatically adjust the time step according to the calculation speed requirements.</p>
<p>According to the gas rising speed <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, average fluid velocity <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the time step <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the time step is determined as<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>Where, &#x2206;<italic>t</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> is the time step of node <italic>j</italic>, s; &#x2206;<italic>S</italic>
<sub>
<italic>j</italic>
</sub> is the spatial step of node <italic>j</italic>, m; &#x7c;U&#x7c; is the absolute value of the correlation speed at node <italic>j</italic>, <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Courant number. In order to achieve the accuracy and stability of calculation, <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>&#x3002;</p>
<p>The schematic diagram of spatial grid division is shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. The length of any spatial grid is <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Theoretically, because the velocity in the drill pipe is greater than that in the annulus, in order to speed up the calculation. The spatial grid step in the drill pipe should be greater than that in the annulus at the same position. However, for facilitating the coupling calculation between drill pipe and annulus and ensure the calculation accuracy, the spatial grid in drill pipe is the same as that in annulus.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Discrete grids of space domain and time domain for kick multiphase flow model.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3-2-2">
<title>3.2.2 Model discretization</title>
<p>The dynamic grid difference model are used in this study. Taking the gas phase continuity equation as an example, the CV discrete method (control volume method) is adopted,<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(49)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The schematic of spatial grid division is shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. Where, <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> node, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> node, <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> node, <italic>e</italic> represents <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> node, and <italic>w</italic> represents <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> node.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Schematic of space domain in <italic>x</italic> direction.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g003.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e49">Eq. 49</xref> can be differenced as follows:<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(50)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m95">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>]</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mtext>&#x2003;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>Where, <italic>&#x3be;</italic> and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the convection difference weight factor. The difference form of the continuity equation of gas phase is<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m98">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>W</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mi>w</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>}</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2206;</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Similarly, the momentum equation and energy equation of wellbore multiphase flow model can be obtained and solved [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>].</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Simulation analysis</title>
<p>Using the proposed multiphase flow model, the flow parameter, and temperature and pressure distributions in the drill pipe and annulus are analyzed. The parameters of the field well are shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Tables 1</xref>, <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Thermo-dynamic parameters in the case.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="left">Density (kg/m<sup>3</sup>)</th>
<th align="left">Specific heat capacity [J/(kg&#x2219;&#xb0;C)]</th>
<th align="left">Thermal conductivity [W/(m&#x2219;K)]</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Drill pipe/Casing</td>
<td align="char" char=".">7800</td>
<td align="char" char=".">400</td>
<td align="char" char=".">53.0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cement</td>
<td align="char" char=".">2000</td>
<td align="char" char=".">882</td>
<td align="char" char=".">0.085</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Formation</td>
<td align="char" char=".">2650</td>
<td align="char" char=".">1000</td>
<td align="char" char=".">5.2</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Parameters of wellbore geometry structure.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Parameter</th>
<th align="left">Inner radius (m)</th>
<th align="left">Outer radius (m)</th>
<th align="left">Roughness (mm)</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">Drill pipe</td>
<td align="char" char=".">0.119</td>
<td align="char" char=".">0.140</td>
<td align="char" char=".">0.005</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Casing</td>
<td align="char" char=".">0.222</td>
<td align="char" char=".">0.244</td>
<td align="char" char=".">0.005</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">Cement</td>
<td align="char" char=".">0.244</td>
<td align="char" char=".">0.384</td>
<td align="left">--</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Temperature and pressure fields</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the temperature distribution in the wellbore under different displacements. On the one hand, the heat in the annulus is transferred to the drill pipe, and the mud temperature in the drill pipe increases gradually. On the other hand, the mud in the annulus exchanges heat with the surroundings. In the seawater section, the heat in the annulus is mainly transmitted to the seawater; and in the formation section, the heat in the annulus is mainly transmitted to the formation section. At a specific well depth, when the heat absorbed by the mud in the annulus from the outside is greater than the heat transmitted to the drill pipe, its temperature gradually increases; on the contrary, its temperature gradually decreases. Therefore, when the mud returns from the annulus, the temperature gradually rises near the bottomhole. As the formation temperature decreases and enters the seawater section, the annulus temperature decreases gradually. Near the sea surface, the mud temperature rises slightly.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Temperature distribution in the drill pipe and annulus with different displacements.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g004.tif"/>
</fig>
<p>With the increase of displacement, the temperature variation rate in drill pipe and annulus decreases. Because the larger the mud displacement, the less sufficient the heat exchange with the surroundings.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> shows the wellbore pressure distribution under different displacements. With the increase of well depth, the pressure in drill pipe and annulus varies linearly. However, affected by the influence of annulus friction and bit pressure drop, the pressure in the drill pipe is greater than that in the annulus.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Pressure distribution in the drill pipe and annulus with different discharge capacities.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g005.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Sensitivity analysis</title>
<p>As seen in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>, the difference between inflow and outflow rates increases linearly with time. Because the change of outlet flow during gas kick is mainly caused by gas rise in the wellbore and the continuous entry of new gas into the wellbore. In the early stage, the gas mainly remain at the bottomhole, and its volume change is inversely proportional to pressure, while the change of wellbore pressure is linearly related to the well depth. Therefore, the expansion of gas volume is approximately proportional to the well depth. On the other hand, at the initial stage, regardless of the change of bottom hole pressure, gas enters the wellbore at a constant overflow rate.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Change of mud flow rate in the inlet and outlet under different kick conditions.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g006.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> shows the change curve of mud pit increment during overflow. When the time is 5&#xa0;min, the pit gain increases approximately in a quadratic polynomial relationship with the increase of time. Under the same conditions, with the increase of ROP(Rate of Penetration) or reservoir permeability, the pit gain increases, and the increasing range is accelerated. Because with the increase of permeability and reservoir exposure thickness, various effects such as bottom hole pressure reduction, overflow speed acceleration, bubble rise and expansion, result in the intensification of gas kick.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Change of pit gain with time under different kick conditions.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g007.tif"/>
</fig>
<p>Therefore, when drilling in high pressure and high permeability formation, the ROP (rate of penetration) should be controlled and the early detection of overflow should be strengthened.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> shows the gas distribution when the pit gain is 1&#xa0;m<sup>3</sup>. As seen, with the increase of reservoir permeability or ROP, the shorter the time required for pit gain reaching 1&#xa0;m<sup>3</sup>, the shorter the gas rising distance and the lower the gas volume fraction. Therefore, the gas section with high void fraction is prone to rapid expansion at the wellhead, which has a greater impact on well control.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Gas distribution in the annulus when pit gain is 1&#xa0;m<sup>3</sup> under different kick conditions.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g008.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref> shows the variations of the standpipe pressure with time. The change of standpipe pressure is the same as that of bottom hole pressure. At the initial stage of gas kick, the previous gas in the wellbore slip and expand at a constant rising speed, and the new gas from the reservoir enter the wellbore at a constant rate. The change of bottomhole pressure is mainly caused by the loss of hydrostatic pressure in the wellbore.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>FIGURE 9</label>
<caption>
<p>Curve of standpipe pressure variation under different kick conditions.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fphy-10-1049547-g009.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>Using the proposed model, the multiphase flow rules in the wellbore during the gas kick is analyzed. The results show that in the process of annular fluid returning from the bottom of the well, the pressure generally decreases linearly while the temperature change is nonlinear. It first rises and then falls at the formation section, and first falls and then rises at the seawater section. With the increase of displacement, the temperature change rate in drill pipe and annulus decreases. Because the larger the mud displacement, the less sufficient the heat exchange with the surroundings. In the process of gas kick, the difference between inflow and outflow rates increases linearly with time, and the pit gain increases approximately in a quadratic polynomial relationship. Furthermore, in the process of kick evolution, the standpipe pressure and bottomhole pressure gradually decrease.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>XW: Methodology; LH: Original draft preparation XL: Investigation; SB: Supervision: HL: Software, Validation: JZ: Material correlation calculation; XS: Writing- Reviewing and Editing.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was supported by the National Natural Science Foundation--Youth Foundation (5210040269), Postdoctoral innovative talents support program in Shandong Province (SDBX2020005), Postdoctoral innovative talents support program in China (BX2021374) and Postdoctoral Applied Research Project of Qingdao (qdyy20200086).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>XW, LH, XL, HL, were empolyed by CNPC Offshore Engineering Co., Ltd.</p>
<p>The remaining authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s10">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Levy</surname>
<given-names>JK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gopalakrishnan</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Promoting ecological sustainability and community resilience in the US Gulf Coast after the 2010 Deepwater Horizon oil spill</article-title>. <source>J Nat Resour Pol Res</source> (<year>2010</year>) <volume>2</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>297</fpage>&#x2013;<lpage>315</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/19390459.2010.500462</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1080/19390459.2010.500462">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Promoting+ecological+sustainability+and+community+resilience+in+the+US+Gulf+Coast+after+the+2010+Deepwater+Horizon+oil+spill&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hagerty</surname>
<given-names>CL</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Deepwater Horizon oil spill: Selected issues for congress</source>. <publisher-name>Diane Publishing</publisher-name> (<year>2010</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Deepwater+Horizon+oil+spill:+Selected+issues+for+congress&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Norse</surname>
<given-names>EA</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amos</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Impacts, perception, and policy implications of the Deepwater Horizon oil and gas disaster</article-title>. <source>Envtl L Rep News Anal</source> (<year>2010</year>) <volume>40</volume>:<fpage>11058</fpage>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Impacts,+perception,+and+policy+implications+of+the+Deepwater+Horizon+oil+and+gas+disaster&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Leblanc</surname>
<given-names>JL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lewis</surname>
<given-names>RL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A mathematical model of a gas kick</article-title>. <source>J Pet Technology</source> (<year>1968</year>) <volume>20</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>888</fpage>&#x2013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2118/1860-pa</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2118/1860-pa">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+mathematical+model+of+a+gas+kick&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Records</surname>
<given-names>LR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mud system and well control</article-title>. <source>Pet Eng</source> (<year>1972</year>) <volume>44</volume>:<fpage>97</fpage>&#x2013;<lpage>108</lpage>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Mud+system+and+well+control&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hoberock</surname>
<given-names>LL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stanbery</surname>
<given-names>SR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Pressure dynamics in wells during gas kicks: Part 1 - component models and results</article-title>. <source>J Pet Technology</source> (<year>1981</year>) <volume>33</volume>(<issue>8</issue>):<fpage>1357</fpage>&#x2013;<lpage>66</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2118/9256-pa</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2118/9256-pa">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Pressure+dynamics+in+wells+during+gas+kicks:+Part+1+-+component+models+and+results&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Santos</surname>
<given-names>OLA</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Mathematical model of a gas kick when drilling in deep waters</source>. <publisher-name>Colorado School of Mines</publisher-name> (<year>1982</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Mathematical+model+of+a+gas+kick+when+drilling+in+deep+waters&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nickens</surname>
<given-names>HVA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A dynamic computer model of a kicking well</article-title>. <source>SPE Drilling Eng</source> (<year>1987</year>) <volume>2</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>159</fpage>&#x2013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2118/14183-pa</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2118/14183-pa">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+dynamic+computer+model+of+a+kicking+well&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ohara</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Improved method for selecting kick tolerance during deepwater drilling operations</source>. <publisher-name>Baton Rouge: Louisiana State University and Agricultural &#x26; Mechanical College</publisher-name> (<year>1996</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Improved+method+for+selecting+kick+tolerance+during+deepwater+drilling+operations&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Nunes</surname>
<given-names>JOL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bannwart</surname>
<given-names>AC</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ribeiro</surname>
<given-names>PR</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Mathematical modeling of gas kicks in deep water scenario[C]</article-title>. In: <conf-name>IADC/SPE Asia Pacific Drilling Technology</conf-name> (<year>2002</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Mathematical+modeling+of+gas+kicks+in+deep+water+scenario[C]&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>ZY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Annular multiphase flow behavior during deep water drilling and the effect of hydrate phase transition</article-title>. <source>Pet Sci</source> (<year>2009</year>) <volume>6</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>57</fpage>&#x2013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12182-009-0010-3</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s12182-009-0010-3">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Annular+multiphase+flow+behavior+during+deep+water+drilling+and+the+effect+of+hydrate+phase+transition&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Pourafshary</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Varavei</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sepehrnoori</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Podio</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A compositional wellbore/reservoir simulator to model multiphase flow and temperature distribution</article-title>. <source>J Pet Sci Eng</source> (<year>2009</year>) <volume>69</volume>:<fpage>40</fpage>&#x2013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.petrol.2009.02.012</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.petrol.2009.02.012">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+compositional+wellbore/reservoir+simulator+to+model+multiphase+flow+and+temperature+distribution&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lu</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
<name>
<surname>Connell</surname>
<given-names>LD</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Transient, thermal wellbore flow of multispecies carbon dioxide mixtures with phase transition during geological storage</article-title>. <source>Int J Multiphase Flow</source> (<year>2014</year>) <volume>63</volume>:<fpage>82</fpage>&#x2013;<lpage>92</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijmultiphaseflow.2014.04.002</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2014.04.002">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Transient,+thermal+wellbore+flow+of+multispecies+carbon+dioxide+mixtures+with+phase+transition+during+geological+storage&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Udegbunam</surname>
<given-names>JE</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lohne</surname>
<given-names>HP</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fjelde</surname>
<given-names>KK</given-names>
</name>
<name>
<surname>Arild</surname>
<given-names>&#x00D8;</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ford</surname>
<given-names>E</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Improved underbalanced operations with uncertainty analysis[C]</article-title>. In: <conf-name>IADC/SPE Drilling Conference and Exhibition</conf-name> (<year>2014</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Improved+underbalanced+operations+with+uncertainty+analysis[C]&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>ZY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>JB</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Methane hydrate formation in a water-continuous vertical flow loop with xanthan gum</article-title>. <source>Fuel</source> (<year>2020</year>) <volume>265</volume>:<fpage>116963</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.fuel.2019.116963</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116963">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Methane+hydrate+formation+in+a+water-continuous+vertical+flow+loop+with+xanthan+gum&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>ZY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multiphase flow modeling of gas intrusion in oil-based drilling mud</article-title>. <source>J Pet Sci Eng</source> (<year>2019</year>) <volume>174</volume>:<fpage>1142</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.petrol.2018.12.018</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.12.018">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Multiphase+flow+modeling+of+gas+intrusion+in+oil-based+drilling+mud&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>ZY</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>LT</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Experimental investigation of methane hydrate formation in the carboxmethylcellulose (CMC) aqueous solution</article-title>. <source>SPE J</source> (<year>2020</year>) <volume>25</volume>(<issue>3</issue>):<fpage>1042</fpage>&#x2013;<lpage>56</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2118/199367-pa</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2118/199367-pa">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Experimental+investigation+of+methane+hydrate+formation+in+the+carboxmethylcellulose+(CMC)+aqueous+solution&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wei</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>BX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>ZY</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Study on the rheology of CO<sub>2</sub> hydrate slurry by using the capillary method</article-title>. <source>J Mar Sci Eng</source> (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1224</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/jmse10091224</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3390/jmse10091224">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Study+on+the+rheology+of+CO2+hydrate+slurry+by+using+the+capillary+method&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xiao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>CL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>BX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A pressure drop prediction model for hydrate slurry based on energy dissipation under turbulent flow condition</article-title>. <source>Fuel</source> (<year>2022</year>) <volume>311</volume>(<issue>2022</issue>):<fpage>122188</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.fuel.2021.122188</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.fuel.2021.122188">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+pressure+drop+prediction+model+for+hydrate+slurry+based+on+energy+dissipation+under+turbulent+flow+condition&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Fu</surname>
<given-names>WQ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>YH</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>CL</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>BX</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>BJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A pressure drop prediction model for hydrate slurry based on energy dissipation under laminar flow condition</article-title>. <source>SPE J</source> (<year>2022</year>) <volume>27</volume>(<issue>04</issue>):<fpage>2257</fpage>&#x2013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2118/209586-pa</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.2118/209586-pa">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+pressure+drop+prediction+model+for+hydrate+slurry+based+on+energy+dissipation+under+laminar+flow+condition&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lou</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Modeling of hydrate dissociation surface area in porous media considering arrangements of sand grains and morphologies of hydrates</article-title>. <source>Chem Eng J</source> (<year>2022</year>) <volume>312</volume>:<fpage>133830</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cej.2021.133830</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133830">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Modeling+of+hydrate+dissociation+surface+area+in+porous+media+considering+arrangements+of+sand+grains+and+morphologies+of+hydrates&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Linga</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Modeling and characterizing the thermal and kinetic behavior of methane hydrate dissociation in sandy porous media</article-title>. <source>Appl Energ</source> (<year>2022</year>) <volume>312</volume>:<fpage>118804</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apenergy.2022.118804</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.118804">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Modeling+and+characterizing+the+thermal+and+kinetic+behavior+of+methane+hydrate+dissociation+in+sandy+porous+media&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Modeling of dynamic hydrate shell growth on bubble surface considering multiple factor interactions</article-title>. <source>Chem Eng J</source> (<year>2018</year>) <volume>331</volume>:<fpage>221</fpage>&#x2013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cej.2017.08.105</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.08.105">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Modeling+of+dynamic+hydrate+shell+growth+on+bubble+surface+considering+multiple+factor+interactions&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A new model for hydrodynamics and mass transfer of hydrated bubble rising in deep water</article-title>. <source>Chem Eng Sci</source> (<year>2017</year>) <volume>173</volume>:<fpage>168</fpage>&#x2013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ces.2017.07.040</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ces.2017.07.040">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+new+model+for+hydrodynamics+and+mass+transfer+of+hydrated+bubble+rising+in+deep+water&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A hydrate shell growth model in bubble flow of water-dominated system considering intrinsic kinetics, mass and heat transfer mechanisms</article-title>. <source>Int J Heat Mass Transfer</source> (<year>2018</year>) <volume>117</volume>:<fpage>940</fpage>&#x2013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.045</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.045">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+hydrate+shell+growth+model+in+bubble+flow+of+water-dominated+system+considering+intrinsic+kinetics,+mass+and+heat+transfer+mechanisms&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A new pattern recognition model for gas kick diagnosis in deepwater drilling</article-title>. <source>J Pet Sci Eng</source> (<year>2018</year>) <volume>167</volume>:<fpage>418</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.petrol.2018.04.035</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.petrol.2018.04.035">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+new+pattern+recognition+model+for+gas+kick+diagnosis+in+deepwater+drilling&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A model of multiphase flow dynamics considering the hydrated bubble behaviors and its application to deepwater kick simulation</article-title>. <source>J Energ Resour Technology</source> (<year>2018</year>) <volume>140</volume>(<issue>8</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.4040190</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4040190">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+model+of+multiphase+flow+dynamics+considering+the+hydrated+bubble+behaviors+and+its+application+to+deepwater+kick+simulation&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A simple model for the prediction of mutual solubility in CO<sub>2</sub>-brine system at geological conditions</article-title>. <source>Desalination</source> (<year>2021</year>) <volume>504</volume>:<fpage>114972</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.desal.2021.114972</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.desal.2021.114972">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=A+simple+model+for+the+prediction+of+mutual+solubility+in+CO2-brine+system+at+geological+conditions&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Effects of phase transition on gas kick migration in deepwater horizontal drilling</article-title>. <source>J Nat Gas Sci Eng</source> (<year>2017</year>) <volume>46</volume>:<fpage>710</fpage>&#x2013;<lpage>29</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jngse.2017.09.001</pub-id> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jngse.2017.09.001">CrossRef Full Text</ext-link> &#x7c; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Effects+of+phase+transition+on+gas+kick+migration+in+deepwater+horizontal+drilling&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Study on multi-phase flow in wellbore and well control in deep water drilling</source>. <publisher-loc>DongyingEast China</publisher-loc>: <publisher-name>China University of Petroleum</publisher-name> (<year>2007</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://scholar.google.com/scholar?hl=en&#x0026;as_sdt=0%2C5&#x0026;q=Study+on+multi-phase+flow+in+wellbore+and+well+control+in+deep+water+drilling&#x0026;btnG=">Google Scholar</ext-link>
</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>