连续油管螺旋段摩阻压耗数值模拟

根据流体力学理论,以连续性方程和N-S方程为控制方程,对连续油管螺旋段牛顿流体流动进行数值模拟,研究螺旋段的流动特性及其摩阻压耗的变化规律,在此基础上以迪恩数和曲率为自变量、考虑曲率和管路的几何尺寸对摩阻系数的影响,建立一套针对牛顿流体预测螺旋段摩阻系数的回归公式,并与精选的几个适用性较强的预测公式进行对比。结果表明:由于二次流的存在,螺旋段的流动压耗较一般直管段大,且不能忽略;回归公式在层流和紊流区预测结果与适用性较强的公式结果具有很好的一致性,验证了用数值模拟方法研究螺旋段的可行性。所提出的螺旋段摩阻压耗预测公式可为连续油管流体力学研究提供方法和理论上的支持。

偏心环空循环压耗的数值模拟与验证

在水平井和复杂结构井中,井斜角和方位角随井深不断变化,套管在井内不易居中,影响流体在环空中的流动状态和循环摩阻。现有的偏心摩阻压耗计算模型是基于特定井眼尺寸和流体性能条件下建立的,不具备普适性。为此,结合某水平井井眼尺寸和流体性能,基于计算流体力学(CFD)的仿真理论与方法,分析了不同套管偏心度和直径比对环空流态与摩阻压耗的影响,对比了套管居中和套管偏心工况下环空摩阻压耗与当量循环密度(ECD)分布特征。结果表明:随着偏心度增大,宽间隙中心流速增大,壁面低流速域增多,增加了流体滞留量;直径比越小,有助于提高窄间隙流速;环空间隙越小,套管偏心对摩阻压耗影响越大。实例井偏心环空摩阻压降比同心环空低2.16 MPa;文章建立的摩阻压降计算模型比现有经典模型误差更小,为偏心环空下摩阻压降的准确计算提供了可靠的计算方法。

致密气藏超长水平段低摩阻水泥浆固井技术

长庆油田致密气藏超长水平段固井,存在裸眼段长、环空间隙小、流动摩阻压耗大和施工压力高,易发生漏失造成固井质量差和后期环空带压等一系列复杂问题,严重影响后续开采和单井产量。为此开发了低摩阻低密度水泥浆和低摩阻高强韧性水泥浆,来提高水泥浆的流动性,降低流动摩阻压耗、施工压力和漏失风险。低摩阻低密度水泥浆采用耐压性能优良的空心玻璃微珠做为主要减轻材料,提高体系的耐压性能,入井后保持较高的结构圆整度,有效降低摩阻压耗。低摩阻高强韧性水泥浆在常规高强韧性水泥浆的基础上,引入实心玻璃微珠和复合高效增强剂,在保证水泥石力学性能的基础上,提高了水泥浆的流动性能,降低了水泥浆的摩阻压耗。室内模拟实验表明,低摩阻低密度水泥浆较常规低密度水泥浆范宁摩阻系数由0.0593降低至0.0295,降低50.25%;低摩阻高强韧性水泥浆较常规高强韧性水泥浆摩阻系数由0.070降低至0.0414,降低40.86%。前期先导性试验应用表明,使用低摩阻水泥浆摩阻压耗降低明显,有效降低施工压力。采用低摩阻水泥浆并进行低摩阻高强韧性水泥浆分段梯度携砂设计,助力致密气藏5256 m超长水平段固井施工顺利完成,固井质量合格,为长庆致密气藏超长水平段固井提供有力的技术支撑。

不同偏心度的环空涡动流场特性

为了深入研究环空涡动时的流场特性,根据流体力学理论,以连续性方程和N-S方程为控制方程,利用计算流体力学技术对钻柱涡动时环空赫巴流体的流动进行了系统的数值模拟,研究了不同公转方向下钻柱偏心度的变化对环空切向速度剖面与合速度剖面的影响。通过对模拟数据的对比分析,发现不同公转方向下环空流场分布截然不同,正向公转时切向速度在环空宽间隙处随着公转速度、自转速度和偏心度增大正向增大;反向公转时会出现二次流,切向速度在环空宽间隙处随偏心度的减小整体反向减小,同时二次流趋势越明显,摩阻压耗越大。合理应用这些规律有助于完善现有钻井水力学理论,更好地揭示井下环空流场特性,并为钻井水力参数优化设计提供有效的理论指导。

考虑钻具接头影响的环空压耗计算

控压钻井是针对"窄安全压力窗口"现象所引起的勘探开发过程中的钻井难题所提出的,井筒压力分布的准确预测是保证控压钻井顺利实施的前提,为提高井筒压力的预测精度需准确计算环空摩阻压耗,应用量纲分析理论,综合考虑钻具接头、钻具旋转的影响,修正了环空摩阻压耗计算模型,提高了井筒压力的预测精度.模型研究表明:随着钻井液排量的增加,钻井液从层流变为紊流,局部摩阻压耗明显增加;且井越深,接头的累计压耗越大,接头对总摩阻压耗的贡献增加.随着钻具旋转速度的增加,环空压耗的增加或减少取决于惯性力与剪切稀释的共同作用.