大位移井岩屑运移研究综述与展望

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1、第15卷第28期2015年10月科学技术与工程Vol.15No.28Oct.20151671—1815(2015)28-0088-09ScienceTechnologyandEngineering2015Sci.Tech.Engrg.石油技术大位移井岩屑运移研究综述与展望刘玉明管志川呼怀刚(中国石油大学石油工程学院，青岛266580)摘要随着大位移井的广泛应用，岩屑运移问题已成为大位移井钻井安全、成本、效率的关键问题之一。井筒岩屑堆积会导致高摩阻扭矩、卡套管、固井质量差等一系列问题，影响井筒岩屑运移的因素众多且相互作用复杂。当前研究及应用也有诸多问题亟待解决，有必

2、要对大位移井井筒岩屑运移进一步探讨。系统总结了岩屑运移的机理、研究方法、影响因素、评价标准及现场措施，并在此基础上对当前岩屑运移研究进行了展望，以期为大位移井岩屑运移研究及工程实践提供参考。关键词大位移井岩屑运移井眼清洁综述与展望中图法分类号TE25;文献标志码A自20世纪90年代以来，大位移井在开发海洋、(2)环空流速增大，部分岩屑床表面颗粒开始滩海及地面情况恶劣的油田中得到了广泛应用，并被提起或滚动，形成一扩散层，但流体的作用并不足取得了显著的经济效益。钻井岩屑在大位移井井筒以使岩屑颗粒完全悬浮于上层流体中并向前运移，运移过程中由于重力的作用在井筒低边堆积会导致

3、此时扩散层上部的流体仍然可以看作是没有岩屑颗［1］高摩阻扭矩、卡套管、井下漏失等一系列问题，岩粒的纯流体［图1(b)］。屑运移问题已成为大位移井钻井安全、成本、效率的(3)环空流速继续增大，流体拖曳力举升力增关键问题之一。由于大位移井岩屑运移作用机理复加，扩散层颗粒在流体作用下进入到最上部悬浮层，杂、牵涉因素众多、研究方法各异、评价标准不一，以均匀固定床层颗粒则不断进入扩散层，最终井筒内及当前研究及应用也有诸多问题亟待解决，对大位形成三层流型:固定床层，扩散层，悬浮层［图1移井岩屑运移研究进行系统总结探讨具有重要(c)］。意义。(4)环空流速继续增大，均匀层颗粒全部

4、进入扩散层，固定床消失，仅剩下扩散层和悬浮层［图11岩屑运移的机理(d)］。岩屑颗粒在井筒流动的过程中由于受到重力的(5)环空流速继续增大，扩散层颗粒全部进入作用，会向井眼低边沉降，在大井斜角度处形成岩屑上层流体以悬浮状态向前运移，仅剩下悬浮层［图1床。同时，岩屑床表面的颗粒又受到流体的拖曳作(e)］。用、举升作用、浮力作用等，并克服重力、塑性力等阻［2］2岩屑运移的研究方法力作用，岩屑颗粒或在岩屑床表面滚动，或举升至上层流体之中，表现为接触、悬移、跃移、层移等运2.1实验法动形式［3］。［5—11］实验法是通过实验测定并分析岩屑床或随着环空流速的不断增大，环空岩屑

5、运移理论岩屑浓度与影响携岩的各个因素的关系的研究方［4］上依此出现以下五种流型，如图1所示。法。实验法能够通过测量直接得到各影响因素对岩(1)固定床流型。环空流速很低时，流体产生屑运移的影响规律，不足之处实验条件有限，不易模的拖曳力、上举力等不足以使岩屑床表面颗粒发生拟实验参数的多样性及参数变化的广域性。有些研运动，岩屑床静止不动［图1(a)］。究者给出了实验数据，有些研究者给出了经验公式。［12］［13］国内比较常用的公式有汪海阁、周凤山等得2015年6月11日收到国家“863”计划项目(2012AA091502)资助到的经验半经验公式。在实验方面实验设施应尽量第

6、一作者简介:刘玉明(1983—)，男，博士研究生。研究方向:大位采用多因素设计，能够测量多因素对井筒携岩的综移井、水平井岩屑运移等。E-mail:liuyumingupc@hotmail．com。［14］合影响，以提高实验结果的广泛适用性。28期刘玉明，等:大位移井岩屑运移研究综述与展望89［4］图1三层模型流动状态示意图［4］Fig.1Three-layermodelflowpatterns2.2临界流速预测法的是稳态模型，各层动量平衡模型得到的是非稳态［15—26］［30—32］临界流速法是通过分析岩屑颗粒的受力模型。稳态模型可以得到岩屑床达到稳定状状况，包括重

7、力、浮力、水力拖曳力、水力举升力、梯态时的岩屑床厚度或面积，非稳态模型可以模拟井度力、塑性力等(图2)，利用受力或力矩平衡关系，筒内岩屑床的瞬态变化，得到井筒内岩屑床厚度或得到井筒内不形成岩屑床时岩屑滚动或举升所需的面积随时间的变化规律。三层模型比双层模型更接最小环空速度的研究方法。临界流速法能从机理上近于岩屑运移实际，但三层模型方法，尤其是非稳态阐明各个因素的作用原理，不足之处是模型的构建模型的构建与求解比较复杂，现场应用不便，需要建［33］进行了大量的理论简化，如岩屑颗粒为球形，尺寸单立一些简便求解方法。一，拖曳力的作用位置假定通过颗粒中心等，而实际岩屑并非