水平井岩屑床清洁工具的设计与试验

页岩气井水平段钻进过程中的岩屑堆积是造成钻井摩阻扭矩大、托压严重进而影响钻井速度的主要原因之一,因而抑制岩屑床生成、保持井眼清洁是确保水平段安全顺利钻进的重要前提。为了提高水平井段井眼清洁的效率,应用CFD数值模拟方法、采用欧拉—欧拉双流体模型并结合颗粒动力学理论,对所研发的带有“V”形叶片的新型水平井岩屑床清洁工具的螺旋角、转速参数诱导螺旋流动衰减规律及对岩屑颗粒重新悬浮分布的影响等进行了研究,进而优选了叶片旋转速度、叶片螺旋角等关键参数。研究结果表明:①随着转速的增加,环空底部的岩屑沉积发生了一定程度的偏转,转速越大偏转越明显;②环空压降损失随着螺旋角的增加而增大,在螺旋角较大时该现象表现更为明显;③在四川盆地南部地区长宁H25-7井进行的现场试验结果表明,使用新型水平井岩屑床清洁工具后钻进摩阻下降33%,起下钻通畅、无阻卡,新工具应用过程中未发生井下复杂事故,发挥了良好的井眼清洁作用,保证了后期下套管作业的安全顺利实施。结论认为,该工具不仅可以满足水平井岩屑床的清洗及钻井降本增效的需求,具有良好的推广应用价值,而且还可以为同类型岩屑床清洁工具的设计提供借鉴与参考。

岩屑床破坏器清岩效果评价与结构优化设计

在大位移井、长水平井钻进过程中,破碎的岩屑容易在井筒环空低边堆积形成岩屑床,易导致钻杆屈曲、钻具摩阻和扭矩增大、当量循环密度异常甚至出现卡钻事故。岩屑床破坏器可有效搅动沉积的岩屑床,提高井眼清洁效果。以岩屑床破坏器为研究对象,开展了清岩效果定量评价与结构优化设计研究。通过计算流体动力学揭示了岩屑床破坏器的清岩机理,建立了一套岩屑床破坏器清岩效果评估方法,并利用该方法对3种典型岩屑床破坏器的清岩效果进行了量化评估,确定了清岩效果最优的叶片结构,分析了该叶片结构参数对清岩效果的影响规律,进而优化了结构参数。研究表明:在3种类型叶片结构中,反螺旋形叶片岩屑床破坏器清岩效果最佳,通过增加螺旋角度和优选叶片数目可明显提高其清岩效果。该研究为岩屑床破坏器的结构优化设计提供了理论基础。