水平井巖屑運移數值模擬研究

諶柯宇

摘 要：隨著石油鉆采工藝不斷發展，水平井鉆井在世界范圍內全面展開，已成為現代油氣勘探開發的重要手段。由于水平井的井斜角大，巖屑在運移過程中容易形成巖屑床，而巖屑床清除比較困難。針對目前存在的問題，采用計算流體力學仿真模擬技術對不同巖屑粒徑下巖屑運移進行了研究。結果表明：巖屑粒徑的增大，移動巖屑床速度和懸浮巖屑體積分數基本保持不變，懸浮巖屑運移速度及固定巖屑床體積分數呈下降趨勢，環空下部巖屑床高度增加，堆滿了下環空，單位體積內巖屑所占比重下降，導致了移動巖屑床體積分數先增大后減小。建議在某些井段使用低鉆速牙輪鉆進，以此控制巖屑粒徑在2mm以內，降低巖屑清洗難度。

關鍵詞：水平井鉆井 巖屑運移 數值模擬

中圖分類號：TE21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0027-01

水平井鉆井在油氣田開發過程中應用廣泛，可提高產能，降低成本。井眼凈化是水平井關鍵技術之一，由于井斜角為90 °，巖屑運移過程中容易形成巖屑床，造成井眼清洗困難，井眼凈化不好可導致嚴重的鉆井事故。在水平井中，巖屑粒徑大小之間影響鉆井液攜巖難度大小。該文通過流場仿真揭示粒徑大小對井眼清洗的影響。

1 水平井環空流場數值模型

建立水平井環空流場模型，在重力作用下，鉆柱存在偏心。考慮到在鉆井工程中，實際的鉆柱結構較復雜，為了便于對環空進行數值計算。針對其空間結構進行簡化和假設：（1）忽略環空溫度、井底產氣產水對鉆井液流動的影響；……