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影響固井作業(yè)安全的鉆井液的流變參數(shù)

文檔作者：程慶偉鄧橋文檔來源：中國石油大學(xué)( 北京)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月31日
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2016年05月 | 199
0 引言
油氣開發(fā)中，固井施工安全至關(guān)重要，為滿足復(fù)雜井眼條
件對固井鉆井液性能的要求，鉆井液流變參數(shù)的優(yōu)選顯得尤為
關(guān)鍵。本文在前人的基礎(chǔ)上，考慮兩相界面的質(zhì)量擴(kuò)散、考慮層
流與湍流耦合作用，數(shù)值模擬了不同鉆井液流變參數(shù)條件下界
面發(fā)展過程，為固井施工安全提供理論指導(dǎo)。
1 物理模型與網(wǎng)格劃分
如圖1 所示，物理幾何模型采用水平井環(huán)空三維空間模
型，忽略井眼不規(guī)則與扶正器的影響，環(huán)空尺寸：井眼直徑為
215.9mm，井徑擴(kuò)大率以8% 計(jì)算，則環(huán)空直徑為233.172mm，
套管外徑139.7mm，計(jì)算長度取100m，假設(shè)套管居中，計(jì)算區(qū)
域內(nèi)模擬的頂替流體為鉆井液, 其密度為1900kg/m3 ；被頂替
流體為鉆井液( 賓漢模式)，其密度為1300kg/m3。
圖1 物理模型
選用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對規(guī)則的環(huán)空模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，整個計(jì)算
區(qū)域網(wǎng)格總數(shù)為110 萬，為了保證計(jì)算精度，進(jìn)一步采用加密
網(wǎng)格進(jìn)行處理，計(jì)算結(jié)果與文中結(jié)果一致，證實(shí)了網(wǎng)格劃分的
合理性。圖2 為環(huán)空網(wǎng)格分布局部圖，顯示了三維物理模型的
寬邊截面網(wǎng)格、窄邊截面網(wǎng)格、以及套管外壁面網(wǎng)格等部分網(wǎng)
格特征。
圖2 網(wǎng)格分布圖
2 結(jié)果分析
不同鉆井液稠度系數(shù)對頂替效率的影響見圖3。
從圖3 可知，在各項(xiàng)固井施工參數(shù)與模擬參數(shù)基本一致的
影響固井作業(yè)安全的鉆井液的流變參數(shù)
程慶偉 鄧橋( 中國石油大學(xué)( 北京)， 北京 102249)
摘要：為滿足固井施工安全性的需求，研究鉆井液流變參數(shù)對固井質(zhì)量的影響，本文建立了100 米長的水平井物理模型，基于水平井環(huán)
空兩相流體力學(xué)數(shù)值實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停紤]了兩相界面的質(zhì)量擴(kuò)散、考慮了層流與湍流耦合作用，應(yīng)用軟件模擬了頂替鉆井液過程，為合理優(yōu)
選鉆井液流變參數(shù)提供了依據(jù)，從而達(dá)到安全固井施工的目的。
關(guān)鍵詞：固井安全；數(shù)值模擬；鉆井液；流變參數(shù)
情況下，當(dāng)鉆井液稠度系數(shù)為0.3 ～0.6Pa·Sn 時，頂替效率
隨著稠度系數(shù)的增加而升高；鉆井液稠度系數(shù)大于0.6 ～0.8
Pa·Sn 時，頂替效率隨著稠度系數(shù)的增加而略微降低。由此可
以得出，固井頂替過程中，鉆井液稠度系數(shù)大于0.6 時，頂替效
率較高。
3 結(jié)語
①針對水平井環(huán)空頂替問題，考慮物質(zhì)輸運(yùn)模型描述兩相
流體之間的質(zhì)量擴(kuò)散與流態(tài)識別，建立了環(huán)空兩相流體力學(xué)數(shù)
值實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，為水平井固井頂替提供了有效的研究手段?
②采用了較長模型即100 米長水平井物理模型進(jìn)行模擬，
計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。
③本文計(jì)算條件下，鉆井液稠度系數(shù)在0.6 前后頂替效率
規(guī)律發(fā)生反轉(zhuǎn)，稠度系數(shù)大于0.6 時，頂替效率較高，所以將流
變參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)能夠獲得較高的頂替效率。
④鉆井液稠度系數(shù)直接影響頂替效率，優(yōu)選鉆井液稠度系
數(shù)可以有效地改善固井質(zhì)量，能夠?yàn)楝F(xiàn)場施工提供理論依據(jù)同
時提高固井施工的安全性。
50 100 150 200 250
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.00
頂替效率
頂替時間(s)
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
圖3 鉆井液稠度系數(shù)對頂替效率的影響
上接187頁（題目文章：含腐蝕缺陷管道安全性研究）
圖7 可看出，該含腐蝕缺陷管道在正常運(yùn)行壓力(4MPa)
下，其最大應(yīng)力為104.24MPa，該值小于管道材料(20 號鋼) 的
屈服強(qiáng)度(245MPa)。在忽略管道腐蝕速率影響的情況下，說明
該管道仍可在該運(yùn)行壓力下正常工作，有限元分析也驗(yàn)證了管
道剩余強(qiáng)度評價的可行性。
5 結(jié)論
①本文簡略介紹了管道腐蝕定義、類型及腐蝕的控制等。
②對含最大點(diǎn)蝕尺寸的Φ60×4mm 管道進(jìn)行剩余強(qiáng)度評價，
計(jì)算得出該缺陷管道仍可在管道運(yùn)行壓力下正常工作。③利用
有限元分析法得到管道最大應(yīng)力低于屈服強(qiáng)度，驗(yàn)證了管道剩
余強(qiáng)度評價的可行性。

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