套管钻井技术中涂抹效应的研究及应用

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1、石油机械20l4年第42卷第3期CHINAPETROLEUMMACItlNERY—l5一．．钻井技术与装备套管钻井技术中涂抹效应的研究及应用杨波廖锐全张俊(1．长江大学石油工程学院2．长江大学工程技术学院)摘要：在套管钻井过程中，为了获得最优化的套管直径和井眼压力，建立了套管一泥饼接触的数学模型和有限元模型。对数学模型进行了受力分析，运用数值模拟方法分析了不同套管直径及套管转速下泥饼的应力分布规律。研究结果表明，增大套管旋转速度或套管直径有利于获得较好的涂抹效应，降低泥饼失效风险；当转速超过1O0r／min时，会使泥饼失效，增大套管直径可以降低泥饼失效风险；当转速超过80r／

2、rain或套管／井眼尺寸比率大于0．77时，可以获得l00％成功的涂抹效应；当套管／井眼尺寸比率大于0．85时，井底压力和泵压急剧增大，可以通过优化流量进行控制。该项研究结果可为现场试验提供理论指导。关键词：套管钻井；涂抹效应；泥饼；尺寸比率；有限元模型；数值模拟中图分类号：TE925文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．03．004ResearchandApplicationofSmearEffectinCasingDrillingTechnologyYangBoLiaoRuiquanZhangJun(1．CollegeofPet

3、roleumEngineering，YangtzeUniversity2．CollegeofEngineeringTechnology，YangtzeUniversity)Abstract：Toobtaintheoptimalcasingdiameterandboreholepressureintheprocessofcasingdrilling，thenlathematicmodelandfiniteelementmode1ofcasing．mudcakecontactwereestablished．Theforceanalysisofthemathematicmode1w

4、asconducted．Thenumeriealsimulationmethodwasusedtoanalyzethestressdistributionlawofmudcakeindifferentcasingdiametersandcasingvelocities．Theresearchfindingsshowthatincreaseofcasingrota—tingvelocityorincreaseofcasingdiameterisfavorabletoobtainingbettersmeareffectandreducingmudcakefail—urerisk．

5、Whentherotatingvelocitygoesbeyond100r／min，mudcakewillfail．Increaseofcasingdiametercanre—ducemudcakefailurerisk．Whentherotatingvelocitygoesbeyond80r／minorthecasing—boreholediameterratioisgreaterthan0．77，100％successrateofsmeareffectcanbeobtained．Whencasing—boreholesizeratioisgreaterthan0．85，b

6、ottomholepressureandpumppressurewillincreasedramaticallyandtheycanbecontrolledbyflowrateoptimization．Theresearchachievementcanprovideatheoreticalguidetocasingdrillingtest．Keywords：casingdrilling；smeareffect；mudcake；sizeratio；finitemodel；numericalsimulation1940年，拜克研究了涂抹效应对钻井液的影0引言响。然而，涂抹效应在套

7、管钻井中对增加井壁稳定性的研究是一种新的实践¨。2010年，瓦特、套管钻井过程中，在井壁表面会覆盖一层约4博蒙特和卡里米等【卜通过现场应用证实了在套管him厚的泥饼，这种现象称为覆盖效应，也被称为钻井作业中涂抹效应能有效地治疗钻井液漏失和加涂抹效应。涂抹效应增加了井壁的稳定性，缩短了强井壁稳定性。他们认为，套管转动过程中连续不钻井作业中非生产时间，还可以防止井下问题，如断与井壁之间接触挤压是产生涂抹效应的关键因塌页岩、紧孔、桥梁、井涌及循环损失等。素。2011年瓦特等卜对涂抹效应机理进行了更$基金项目：