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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，井徑擴大率以8% 計算，則環(huán)空直徑為233.172mm，
套管外徑139.7mm，計算長度取100m，假設(shè)套管居中，計算區(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)空模型進行網(wǎng)絡(luò)劃分，整個計算
區(qū)域網(wǎng)格總數(shù)為110 萬，為了保證計算精度，進一步采用加密
網(wǎng)格進行處理，計算結(jié)果與文中結(jié)果一致，證實了網(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)值實驗?zāi)Ｐ?，考慮了兩相界面的質(zhì)量擴散、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)輸運模型描述兩相
流體之間的質(zhì)量擴散與流態(tài)識別，建立了環(huán)空兩相流體力學(xué)數(shù)
值實驗?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行模擬，
計算結(jié)果更準(zhǔn)確。
③本文計算條件下，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，能夠為現(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
該管道仍可在該運行壓力下正常工作，有限元分析也驗證了管
道剩余強度評價的可行性。
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對含最大點蝕尺寸的Φ60×4mm 管道進行剩余強度評價，
計算得出該缺陷管道仍可在管道運行壓力下正常工作。③利用
有限元分析法得到管道最大應(yīng)力低于屈服強度，驗證了管道剩
余強度評價的可行性。

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