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深水固井面臨安全因素的數(shù)值模擬

文檔作者：高彬文檔來源：長慶油田第十采油廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月31日
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深水固井面臨安全因素的數(shù)值模擬
高彬(長慶油田第十采油廠，陜西西安710021)
摘要：深水固井方面是目前石油行業(yè)的難題，結(jié)合世界其
他地區(qū)深海和超深海固井存在的普遍問題和經(jīng)驗教訓(xùn)，探究深
海固井現(xiàn)在面臨的安全問題，論述了深水固井存在的主要難
點，對需要注意的問題提出了建議，希望能為國內(nèi)深海固井作
業(yè)提供一定的借鑒，
關(guān)鍵詞：深水固井；固井安全；固井技術(shù)
眾所周知，世界海洋石油蘊藏量大約1000多億噸，目前海
洋深水鉆井在世界各地都有大量作業(yè)，所以深水固井面臨很多
的安全問題。本文在前人研究基礎(chǔ)上，數(shù)值模擬了深水固井中
水泥漿頂替鉆井液過程，討論了深水固井中幾個安全因素問
題，得到了其影響規(guī)律，對深水固井技術(shù)有指導(dǎo)性作用。
l數(shù)值模擬
基于Fluent軟件平臺，本文巧妙選用Fluent軟件的功能進(jìn)
行了水平井深海固井兩相流體頂替過程的模擬實驗，建立了水
平井深海固井頂替的兩相流體力學(xué)模型。
(1)采用Fluent軟件非牛頓流體功能對水平井深海固井頂
替流體進(jìn)行流變性與流變參數(shù)描述。
(2)采用組分模型，對水平井深海固井兩相流體進(jìn)行相定
義與參數(shù)描述，并對兩相之間的質(zhì)量擴散過程進(jìn)行描述。解決
了水平井頂替過程中兩相流體在頂替界面位置的質(zhì)量輸運問
題，使數(shù)值模擬結(jié)果更加接近真實的水平井深海固井流體頂替
過程。
(3)采用層流和湍流模型以及轉(zhuǎn)捩識別模型，對水平井深
海固井頂替流體的流態(tài)進(jìn)行耦合模擬。實現(xiàn)了深海固井寬窄
邊流態(tài)的識別與耦合，正確的實現(xiàn)了流態(tài)對兩相流體頂替的
模擬。
深水固井頂替中水泥漿頂替鉆井液，為正密度差條件下高
粘度流體之間的液液兩相流動，在寬窄邊效應(yīng)、重力作用、質(zhì)量
擴散等多種因素耦合影響下，表現(xiàn)出特有的頂替界面特征?；?
于深海水平井段兩相流體力學(xué)數(shù)值實驗?zāi)Ｐ?，?yīng)用商業(yè)CFD軟
件Fluent模擬水泥漿對鉆井液的頂替過程。下面通過算例結(jié)果
來分析深海水平段固井頂替流動特征。除居中度以外，其他固
井參數(shù)保持完全一致。
觀察圖l不同居中度下水泥漿對鉆井液正密度差頂替條件
下的兩相頂替界面特征。低居中度的條件下，高邊的水泥漿流
動滯留，高邊上部分層明顯，低邊的水泥漿流動不斷超前，形成
低邊指進(jìn)的分層流動特征，頂替界面長度隨著頂替時間的增加
不斷增長；套管高居中度的條件下，環(huán)空上部寬邊水泥漿流動
不斷超前，形成寬邊指進(jìn)的分層流動特征，頂替界面長度隨著
頂替時間的增加不斷增長；低居中度的條件下，窄邊略有指進(jìn)，
兩相頂替界面發(fā)展相對平穩(wěn)，頂替界面長度隨著頂替時間的增
加增幅較小。進(jìn)一步分析水泥漿固井頂替界面形成的機理，水
泥漿密度高于鉆井液密度，屬于正密度差頂替，水泥漿會在重
力作用下向下流動。高邊流體向低邊下落，會降低高邊頂替界
面的速度．補充低邊流帚．提高低；塑卜頂替界而的速睦。
m=0．3
』L—I!。!：：‘二。。．a(chǎn)!
m=0．7
圖1水泥漿體積分?jǐn)?shù)隨時問變化分布圖
2認(rèn)識和建議
(1)在許多變量參數(shù)不是很確定的情況下要盡可能提高居
中度，有利于深海固井安全性的提高。
(2)針對深水固井難點問題，水泥漿體系滿足需求的條件
下，盡可能簡單易行，降低成本。
(3)深海固井工藝設(shè)備不斷發(fā)展，要充分認(rèn)識和發(fā)揚自己
的經(jīng)驗，多采用數(shù)值模擬，指定良好的固井方案，盡量減少深海
固井中的安全性問題。
2016年5月化，彳鱈f 177

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