钻杆旋转影响大斜度井段岩屑分布的数值模拟

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1、断块油气田第21卷第1期断FAULT-块BLOCKOIL油＆GASFIELD气田2014年1月doi:10.6056/dkyqt201401022钻杆旋转影响大斜度井段岩屑分布的数值模拟孙晓峰1，闫铁1，崔世铭2，唐生3，王克林1（1.东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318；2.中国石油吉林油田公司新木采油厂，吉林松原138000；3.中国石油大庆油田有限责任公司第五采油厂，黑龙江大庆163513）基金项目：国家自然科学基金项目“钻柱旋转作用的大位移井环空岩屑运移机制研究”（51204056

2、）；国家科技重大专项课题“复杂结构井优化设计与控制关键技术”（2011ZX05009-005）摘要为了研究钻杆旋转对复杂结构井大斜度井段环空岩屑分布状态的影响规律和钻井液-岩屑两相流动压降的变化规律，应用三维建模软件建立了复杂结构井大斜度井段物理模型，应用CFD动网格运动模型模拟钻杆在环空的旋转效果，流动域内采用Realizable涡黏模型近似求解钻井液-岩屑两相纳维-斯托克斯方程。模拟结果显示，钻杆旋转作用使岩屑沿井眼周向呈非对称状分布，钻杆旋转能够提高钻井液对岩屑沿切向的拖曳程度，显著提高了井眼清

3、洁效果。根据CFD数值模拟结果，应用最小二乘法，结合Buckingham-π定理，建立了岩屑床比面积模型和环空压降计算模型。关键词钻杆旋转；复杂结构井；岩屑床；井眼清洁；压降中图分类号：TE21文献标志码：ANumericalsimulationofdillpiperotationinfluenceoncuttingsdistributioninhighlyinclinedsectionsSunXiaofeng1,YanTie1,CuiShiming2,TangSheng3,WangKelin1(1.

4、CollegeofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China;2.XinmuOilProductionPlant,JilinOilfieldCompany,PetroChina,Songyuan138000,China;3.No.5OilProductionPlant,DaqingOilfieldCo.Ltd.,PetroChina,Daqing163513,China)Abstract:Inordertos

5、tudythedistributionofcuttingsinannulusandpressuredropofcuttingsanddrillingfluidtwo-phaseflowinhighanglesectionofcomplexstructuralwells,3DmodelofhighlyinclinedsectionsofcomplexstructuralwellisestablishedandCFDdynamicgridtechniqueisusedtosimulatetherotary

6、effectofdrillpipe.RealizableviscousmodelisadoptedtocalculateNavier-Stokesequationofcuttingsanddrillingfluidtwo-phaseflow.Thesimulationresultsshowthatdrillpiperotationmakesthecuttingsasymmetricallydistributealongthewellborecircumference,andimprovesthedra

7、geffectofdrillingfluidinthetangentialspeed,whichsignificantlyenhancesholecleaningefficiency.BasedonthenumericalsimulationresultsofCFDandcombinedwithBuckingham-πtheorem,leastsquaremethodisappliedtoestablishtheempiricalcorrelationsforestimatingtheratioofc

8、uttingsbedareaandwellboreareaandtheannularpressuredrop.Keywords:drillpiperotation;complexstructuralwell;cuttingsbed;holecleaning;pressuredrop［3］0引言致使填井后侧钻。为此，国内外学者针对大斜度和水平井段的井眼清洁问题展开了研究，在岩屑床形成理复杂结构井是大位移井、水平井、多分支井等井型论与高度预测方面取得了大量成