鉆柱偏心旋轉(zhuǎn)對環(huán)空摩阻壓降影響的數(shù)值模擬研究

田 野，蔣東雷，馬傳華，徐一龍，于曉東，宋洵成

（1.中海石油（中國）有限公司海南分公司，海南海口 570312；2.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島 266580）

斜井、大位移井和水平井等復雜結構井鉆井過程中，鉆柱在井眼中會出現(xiàn)偏心旋轉(zhuǎn)，影響了環(huán)空鉆井液的流動和循環(huán)壓耗，進而使井底鉆井液當量循環(huán)密度（ECD）發(fā)生變化，而準確預測環(huán)空摩阻壓降是復雜結構井控壓鉆井的重要理論基礎[1-2]。鉆井液環(huán)空摩阻壓降常規(guī)計算方法假設鉆柱在井眼內(nèi)居中，且未考慮鉆柱旋轉(zhuǎn)，因而無法直接計算復雜結構井的環(huán)空摩阻壓降。為此，國內(nèi)外學者開展了偏心環(huán)空摩阻壓降計算理論和試驗研究[3-25]，建立了各種偏心環(huán)空流動摩阻壓降計算模型，但均存在一定局限性，如解析模型中只考慮了偏心，沒有考慮鉆柱旋轉(zhuǎn)，尚未建立符合現(xiàn)場工況的偏心環(huán)空摩阻壓降計算模型。此外，環(huán)空層流摩阻壓降的數(shù)值本身并不高，且偏心和旋轉(zhuǎn)對環(huán)空摩阻壓降的影響一般小于20%，因此，試驗研究對壓力計精度和操作精度的要求更加苛刻，導致文獻公布的試驗數(shù)據(jù)不系統(tǒng)，規(guī)律認識不一致。所以，基于試驗數(shù)據(jù)建立的回歸模型適用性差，現(xiàn)場應用時存在計算結果不合理現(xiàn)象。為此，筆者應用數(shù)值模擬方法，研究了正常鉆井參數(shù)條件下，轉(zhuǎn)速和偏心對復雜結構井典型環(huán)空（φ127.0 mm鉆桿和φ215.9 mm井眼）摩阻壓降的影響，進而建立了偏心旋轉(zhuǎn)環(huán)空無因次摩阻壓降計算模型，可以精細描述環(huán)空壓力場和準確計算ECD，為控壓鉆井水力參數(shù)優(yōu)化提供指導。……