【摘要】：大位移井是當(dāng)代鉆井技術(shù)的新里程碑,其在海洋、灘海及地面條件惡劣的邊際油氣勘探開發(fā)中,可以加速油田勘探開發(fā),提高產(chǎn)量及最終采收率,顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。但是,大位移井水平井段以及傾斜井段的巖屑運(yùn)移問題相比于直井段更加復(fù)雜,已成為井眼清潔問題的重要攻關(guān)方向。在以往對井筒內(nèi)液固兩相流動的研究中,一般是對鉆井液和巖屑采用液固兩相歐拉-歐拉雙流體模型,而忽略了巖屑顆粒的流動細(xì)節(jié),因而本文采用CFD-DEM方法模擬水平井內(nèi)巖屑運(yùn)移過程,在Lagrange坐標(biāo)下求解離散顆粒運(yùn)動,在Euler坐標(biāo)下求解液相運(yùn)動。采用軟球模型充分考慮了顆粒與顆粒、顆粒與井壁和鉆桿壁之間的碰撞,得到巖屑在井筒內(nèi)運(yùn)移過程中出現(xiàn)的移動巖屑床-非均勻懸浮-均勻懸浮三種形態(tài)的變化,并將模擬巖屑濃度結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比,充分驗(yàn)證了CFD-DEM模型的準(zhǔn)確性。通過對巖屑運(yùn)移影響因素的分析,研究不同操作工況參數(shù)對巖屑運(yùn)移規(guī)律的影響,結(jié)果表明:轉(zhuǎn)速的增加有利于提高周圍液體的周向舉升力,增強(qiáng)鉆井液懸浮能力,同時(shí)加強(qiáng)了對巖屑床的擾動,從而抑制巖屑沉積并削減床層厚度;流速的增加直接增強(qiáng)了對巖屑床的軸向推動力,環(huán)空內(nèi)流核區(qū)面積占比增大,對巖屑顆粒運(yùn)移速度影響很大,巖屑運(yùn)移效果的提升十分明顯;鉆桿偏心程度地增加使得鉆桿下側(cè)的環(huán)空間隙變窄,流速降低,顆粒擬溫度降低,加重了鉆桿底部的沉積情況;井斜角由水平0o到30o過程中顆粒運(yùn)移速度有所減小,井底堆積情況加重,而隨著井斜角進(jìn)一步升高,更多的巖屑顆粒脫離巖屑床,在環(huán)空上方以懸移質(zhì)狀態(tài)向出口運(yùn)移,巖屑運(yùn)移效率明顯增強(qiáng)。在本文中充分考慮了鉆井液在實(shí)際情況中作為非牛頓流體,其冪律特性對巖屑運(yùn)移情況的影響,模擬結(jié)果表明:流性指數(shù)n反映的是流體在一定剪切速率下非牛頓性的強(qiáng)弱,從不同流性指數(shù)的對比可以看出其對液相攜巖能力的影響,n值升高主要體現(xiàn)在軸向流速的升高,以及其對巖屑懸浮能力的增強(qiáng),進(jìn)而提高了井筒內(nèi)運(yùn)移效率;而K值的改變直接影響流體的表觀粘度,K值越小表觀粘度越低,更容易使巖屑顆粒由于重力作用在井底部沉降,K值增大,意味著有效粘度增大,給予巖屑更多的能量,有利于顆粒在井筒內(nèi)保持較長時(shí)間的懸浮,從而增強(qiáng)井眼清潔效果。本文基于CFD-DEM方法充分考慮不同的操作條件和鉆井液流變性對井筒巖屑運(yùn)移規(guī)律的影響,更符合真實(shí)井筒內(nèi)液固兩相流動狀態(tài),旨在為鉆井工程的實(shí)際應(yīng)用過程中提供切實(shí)的理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE243
【圖文】：

流變特性得出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性。Erge 等人[50]（2016）在分析環(huán)空中牛頓和非牛頓流體流動的基礎(chǔ)上提出了一種數(shù)學(xué)模型，能夠精準(zhǔn)的預(yù)測環(huán)空摩擦壓降并且充分考慮了鉆桿旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)的情況，并發(fā)現(xiàn)在完全偏心時(shí)的壓降相比于同心時(shí)有所減少，同時(shí)，鉆桿旋轉(zhuǎn)增加了偏心環(huán)空的壓降。Ofei 等人[51]（2016）研究了流變參數(shù)對水平偏心環(huán)空窄間隙出的巖屑運(yùn)移速度的影響采用的是歐拉雙流體模型進(jìn)行分析，作者同樣對 K，n，τy對壓力損耗和巖屑運(yùn)移的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明提高稠度系數(shù)增加了流體的舉升能力，n 的增加也會提升巖屑顆粒的速度。隨著計(jì)算流體力學(xué) CFD 和離散單元法（DEM）的建立和日趨完善，采用 CFD-DEM耦合方法對巖屑在井筒內(nèi)的運(yùn)移研究得到了長足發(fā)展，CFD-DEM 求解過程如圖 1-1 所示，該方法立足于單個(gè)顆粒的運(yùn)動分析，利用牛頓方程求解其運(yùn)動，顆粒間的碰撞過程采用相應(yīng)的接觸模型來描述；流體相被當(dāng)作在計(jì)算單元內(nèi)局部平均 Navier-Stokes 方程所描述的連續(xù)相求解；流體與顆粒通過耦合模型來實(shí)現(xiàn)連續(xù)介質(zhì)和離散之間的動量交換CFD-DEM 越來越多地應(yīng)用于流體與顆粒體系的工程問題。

顆粒間碰撞過程中接觸力的瞬時(shí)量以及碰撞力的變化時(shí)，這種方用了。DEM 通過對顆粒碰撞過程的詳細(xì)模擬，可以提供顆粒碰度與受力信息，因此，我們可以通過采用 DEM 研究顆粒復(fù)雜碰EM 液固兩相數(shù)學(xué)模型iserete Element Method）是一種通過跟蹤流場中每一個(gè)顆粒或者到模擬整個(gè)流場中顆粒運(yùn)動狀況的數(shù)值模擬方法。DEM 方法有型，一種是軟球模型[56]。由于硬球模型不考慮顆粒的碰撞過程理幾個(gè)顆粒同時(shí)相碰的情況。在這種條件下，必須使用軟球模型程。采用的基本方程包含動量方程和動量矩方程。與硬球模型不同式的牛頓運(yùn)動方程。當(dāng)兩個(gè)顆粒碰撞時(shí)，實(shí)際上它們都要變形。粒保持形狀不變，并且互相疊加。如圖 2-1 所示，δ是兩個(gè)顆粒越大，顆粒所受的力也就越大。

東北石油大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文.2 巖屑間接觸力對于顆粒碰撞的接觸力一般有三種處理形式：線性模型、非線性模型和非線性滯后。通常用的是線性模型，我們采用的是 Cundall 和 Strack 提出的彈簧-滑塊模型進(jìn)行[52]，如圖 2-2 所示，在本文中，巖屑顆粒運(yùn)移過程中的接觸力分為三種，即巖屑，巖屑-鉆桿，巖屑-壁面。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 張好林;李根生;黃中偉;田守]

本文編號：2796700