应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究

钻遇高产气层时,气体大量侵入井内,应急放喷施工造成井下管柱面临严重冲蚀。为分析大放喷量、高携砂率工况下井下管柱的冲蚀情况,开展了应急放喷工况井下管柱冲蚀行为研究。应用有限元法,利用ANSYS-Fluent数值模拟软件,针对钻杆水眼和钻杆-套管环空内的流场特性、颗粒轨迹和冲蚀行为开展了模拟分析,得到了日放喷量和日出砂量对冲蚀的影响规律。结果表明:当通过钻杆水眼放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头内壁缩径面;当通过环空放喷时,冲蚀薄弱点位于钻杆接头外壁迎风坡;从环空放喷时的冲蚀程度比从钻杆水眼放喷时更为严重。基于研究结果,建议通过钻杆水眼进行放喷,在放喷初期采用小排量放喷,待井筒内泥浆、岩屑和砂粒几乎放喷完后再增大放喷量,可有效降低管柱冲蚀。该研究成果为高压高产气井应急放喷施工方案的制订提供了依据。

应急放喷工况下钻井四通的耐冲蚀性能

针对大排量应急放喷工况下钻井四通冲蚀问题,运用CFD软件模拟了钻井四通在日放喷量为100~1 000万m^3、日出砂量为7.5~38.5 m^3工况下的冲蚀情况。结果表明:随着日放喷量的增加,四通支管段气体流速增至当地音速,且压降增至0.98 MPa;当日放喷量超过300万m^3,四通内壁主要冲蚀区域由主通上壁面转移至主通与支管连接处和支管末端,最大冲蚀速率增至19.42×10^(-7) kg/(s·m^2);当日放喷量为1 000万m^3、日出砂量由7.7m^3增大至38.5m^3时,最大冲蚀速率由3.68×10^(-7) kg/(s·m^2)增至19.42×10^(-7) kg/(s·m^2),模拟结果与现场实测数据基本吻合。