气体钻井对井口四通冲蚀磨损规律研究

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1、石油机械2015年第43卷第1期CHINAPETROLEUMMACHINERY．一钻井技术与装备气体钻井对井口四通冲蚀磨损规律研究邹康王健功杨赞达艾志久胡坤孟璋勃(1．西南石油大学2．宝鸡石油机械有限责任公司摘要：气体钻井中携岩气体冲击四通内壁是导致四通失效的主要原因。基于气固两相流和冲蚀理论，运用CFD软件对四通本体流体域进行数值计算，分别研究了实际钻井工况下钻杆偏心的情形和不同钻井工艺对四通本体的冲蚀规律。研究结果表明，随着偏心距的增大，岩屑的轴向速度逐渐增大，局部冲蚀速率也呈现增大的趋势；由于偏心造成的岩屑粒子轨迹偏转向四通宽流道

2、一侧冲击，容易在局部造成严重的冲蚀缺陷，导致四通承压能力下降；在不同钻井工艺下，冲蚀速率峰值和流体速度峰值都随注气量和岩屑质量流量的增加而基本呈线性递增趋势，而与岩屑粒径成反比关系，四通出口压力对冲蚀速率的影响不大。因此，在实际钻井中应尽量减少钻杆的偏心作业，合理控制注气量、岩屑质量流量，以保证钻井作业的安全进行。关键词：气体钻井；气一固两相流；冲蚀；四通本体；CFD；数值模拟中图分类号：TE249文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2015．01．005ErosionandAbrasionofWel

3、lheadSpoolinducedbyGasDrillingZouKangWangJiangongYangYundaAiZhijiuHuKunMengZhangjie(1．SouthwestPetroleumUniversity；2．CNPCBaofiOilfieldMachineryCo．，Ltd．)Abstract：Impactsofcuttingscarriedbygasestointernalwallsofspoolcanbeseenasmajorcontributorstofailureofsuchspoolingasdril

4、ling．Withconsiderationtotheoriesrelatedtogas／liquidflowsanderosion．CFDhasbeendeployedfornumericalcalculationoffluiddomaininthespooltodetermineeecentricitvofdrill-pipeduringfieldapplicationandimpactsofdifferentdrillingtechnologiestoerosionofspoo1．Researchresultsshowthatla

5、rgereccentricitiesmayleadtohigheraxialvelocitiesofcuttingsandconsequentlyhigherlocalerosionrates．Duetoec．centricityproblems，cuttingsmayimpactthewiderflowingchannelinthespoo1．Suchdeviatedimpactsmayinduceseverelocalerosiondefectsandreducepressure—bearingcapacitiesofthespoo

6、1．Underdifferentdrillingtechnolo．gies，peakerosionratesandpeakfluidflowingvelocitiesmayincreasewiththeincreaseofgasvolumesandflowingratesofcuttings．Moreover，thesepeakvalvesmaydecreasewiththeincreaseindiametersofsuchcuttings．Impactsofexpo~pressuresofthespooldisplayedminimu

7、mimpactstoerosion．Duringdrillingoperations，caresshallbetakentominimizeeccentricityofdrillpipes，tocontrolvolumeofgasinjectionandflowratesofcuttingstoensuresafetyofdrillingoperations．Keywords：gasdrilling；gas—liquidflow；erosion；spool；CFD；numericalsimulation钻井液钻井相比具有明显的优势，主要

8、表现在能够0口保护和发现储层、提高油气产量和采收率、提高钻井速度、减少或避免低压破碎地层井漏问题等。气体钻井作为欠平衡钻井的一个重要分支，与国内外学者对井口装置的失效研究主要分为腐蚀性基金项目：中石油201