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        影響固井作業(yè)安全的鉆井液的流變參數(shù)

        2016-02-20 03:53:53程慶偉鄧橋中國石油大學(xué)北京北京102249
        化工管理 2016年13期
        關(guān)鍵詞:環(huán)空固井水平井

        程慶偉 鄧橋(中國石油大學(xué)(北京), 北京 102249)

        影響固井作業(yè)安全的鉆井液的流變參數(shù)

        程慶偉 鄧橋(中國石油大學(xué)(北京), 北京 102249)

        為滿足固井施工安全性的需求,研究鉆井液流變參數(shù)對固井質(zhì)量的影響,本文建立了100米長的水平井物理模型,基于水平井環(huán)空兩相流體力學(xué)數(shù)值實驗?zāi)P?,考慮了兩相界面的質(zhì)量擴散、考慮了層流與湍流耦合作用,應(yīng)用軟件模擬了頂替鉆井液過程,為合理優(yōu)選鉆井液流變參數(shù)提供了依據(jù),從而達到安全固井施工的目的。

        固井安全;數(shù)值模擬;鉆井液;流變參數(shù)

        0 引言

        油氣開發(fā)中,固井施工安全至關(guān)重要,為滿足復(fù)雜井眼條件對固井鉆井液性能的要求,鉆井液流變參數(shù)的優(yōu)選顯得尤為關(guān)鍵。本文在前人的基礎(chǔ)上,考慮兩相界面的質(zhì)量擴散、考慮層流與湍流耦合作用,數(shù)值模擬了不同鉆井液流變參數(shù)條件下界面發(fā)展過程,為固井施工安全提供理論指導(dǎo)。

        1 物理模型與網(wǎng)格劃分

        如圖1所示,物理幾何模型采用水平井環(huán)空三維空間模型,忽略井眼不規(guī)則與扶正器的影響,環(huán)空尺寸:井眼直徑為215.9mm,井徑擴大率以8%計算,則環(huán)空直徑為233.172mm,套管外徑139.7mm,計算長度取100m,假設(shè)套管居中,計算區(qū)域內(nèi)模擬的頂替流體為鉆井液, 其密度為1900kg/m3;被頂替流體為鉆井液(賓漢模式),其密度為1300kg/m3。

        圖1 物理模型

        選用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對規(guī)則的環(huán)空模型進行網(wǎng)絡(luò)劃分,整個計算區(qū)域網(wǎng)格總數(shù)為110萬,為了保證計算精度,進一步采用加密網(wǎng)格進行處理,計算結(jié)果與文中結(jié)果一致,證實了網(wǎng)格劃分的合理性。圖2為環(huán)空網(wǎng)格分布局部圖,顯示了三維物理模型的寬邊截面網(wǎng)格、窄邊截面網(wǎng)格、以及套管外壁面網(wǎng)格等部分網(wǎng)格特征。

        圖2 網(wǎng)格分布圖

        2 結(jié)果分析

        不同鉆井液稠度系數(shù)對頂替效率的影響見圖3。

        圖3 鉆井液稠度系數(shù)對頂替效率的影響

        從圖3可知,在各項固井施工參數(shù)與模擬參數(shù)基本一致的情況下,當鉆井液稠度系數(shù)為0.3~0.6Pa·Sn 時,頂替效率隨著稠度系數(shù)的增加而升高;鉆井液稠度系數(shù)大于0.6~0.8 Pa·Sn時,頂替效率隨著稠度系數(shù)的增加而略微降低。由此可以得出,固井頂替過程中,鉆井液稠度系數(shù)大于0.6時,頂替效率較高。

        3 結(jié)語

        ①針對水平井環(huán)空頂替問題,考慮物質(zhì)輸運模型描述兩相流體之間的質(zhì)量擴散與流態(tài)識別,建立了環(huán)空兩相流體力學(xué)數(shù)值實驗?zāi)P?,為水平井固井頂替提供了有效的研究手段?/p>

        ②采用了較長模型即100米長水平井物理模型進行模擬,計算結(jié)果更準確。

        ③本文計算條件下,鉆井液稠度系數(shù)在0.6前后頂替效率規(guī)律發(fā)生反轉(zhuǎn),稠度系數(shù)大于0.6時,頂替效率較高,所以將流變參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)能夠獲得較高的頂替效率。

        ④鉆井液稠度系數(shù)直接影響頂替效率,優(yōu)選鉆井液稠度系數(shù)可以有效地改善固井質(zhì)量,能夠為現(xiàn)場施工提供理論依據(jù)同時提高固井施工的安全性。

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