連續(xù)循環(huán)鉆井液技術(shù)可以減緩起鉆過程中的抽吸壓力,針對(duì)連續(xù)循環(huán)技術(shù)在起下鉆過程中的應(yīng)用,基于N-S方程理論和非牛頓流體流變規(guī)律,建立了考慮移動(dòng)邊界環(huán)流起下鉆過程中抽吸壓力的計(jì)算模型;并分析了起鉆速度和鉆井液循環(huán)流量對(duì)抽吸壓力的影響規(guī)律,對(duì)深井起鉆過程中抽吸壓力控制進(jìn)行了初步探討。研究結(jié)果表明,在深井起鉆過程中使用連續(xù)循環(huán)技術(shù)適當(dāng)?shù)乇盟豌@井液能夠減小抽吸壓力,有助于在不增加抽吸壓力的情況下提高起鉆速度,節(jié)省起下鉆時(shí)間。建立的連續(xù)循環(huán)條件下的抽吸壓力計(jì)算方法可為深井和窄密度窗口井起下鉆過程中的最優(yōu)泵量設(shè)計(jì)及起下鉆速度的提高提供理論參考。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(03)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

赫-巴流體環(huán)空速度剖面Fig.1AnnulusvelocityprofileofH-Bfluid

?(5)計(jì)算出流核區(qū)的厚度。6)通過數(shù)值方法求解式(10)或式(11)(這兩個(gè)方程適用于不同的速度剖面)以計(jì)算1y(可以選用牛頓法)。7)計(jì)算每個(gè)區(qū)域量綱為一的速度分布(式(4)、式(5)或式(7)、式(8))。8)對(duì)速度剖面進(jìn)行積分，根據(jù)式(14)計(jì)算環(huán)空總流量t_gQ。9)比較實(shí)際流量tQ和所得到的環(huán)空總流量t_gQ。如果相差大于允許誤差[Q]，回到步驟3)并改變壓力梯度，然后重復(fù)步驟3)~步驟8)。否則，系統(tǒng)收斂并輸出壓力梯度。流程圖如圖2所示，其中：r為環(huán)空半徑范圍；iR為鉆桿外徑；0R為井眼內(nèi)徑。圖2模型算法流程圖Fig.2Modelalgorithmflowchart3.1.2紊流模型起下鉆時(shí)紊流狀態(tài)下壓力損失的計(jì)算是基于紊流壓力損失的規(guī)律[15]。在湍流狀態(tài)下，考慮鉆柱運(yùn)動(dòng)壓力損失的方法是利用流體流動(dòng)與鉆柱移動(dòng)之間的相對(duì)流速。其中，兩壁面固定的環(huán)空摩擦損失表示為22ii000iDD2()PfQQQQdfdfLgddAAAAρ=+(15)式中：DP為環(huán)空壓力(單位為MPa)；DL為對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度(單位為m)；id為環(huán)空內(nèi)徑(單位為mm)；0d為環(huán)空外徑(單位為mm)；ρ為鉆井液密度(單位為g/cm3)；f為摩擦系數(shù)；if為鉆柱摩擦系數(shù)；0f為井壁摩擦系數(shù)；g為重力加速度(單位為m/s2)；A為環(huán)空截面面積(單位為mm2)。對(duì)實(shí)際起下鉆工程中鉆柱的運(yùn)動(dòng)，取流體的絕對(duì)速度為U，鉆柱的運(yùn)動(dòng)速度為V，流體與鉆柱的相對(duì)速度為U+V。因此對(duì)移動(dòng)內(nèi)壁和固定外壁的移動(dòng)邊界環(huán)流，有摩擦損失，即220iii00DD2()Pf

力的作用就不顯著，抽吸壓力主要由黏性和慣性決定。圖3模型計(jì)算域分網(wǎng)方法Fig.3Computedomainsubnetmethodofmodel4實(shí)例分析4.1計(jì)算結(jié)果分析筆者利用本文敘述的計(jì)算波動(dòng)壓力模型，通過計(jì)算機(jī)編程，對(duì)一口實(shí)際井起鉆作業(yè)中抽吸壓力進(jìn)行模擬計(jì)算。首先建立自適應(yīng)分網(wǎng)格類庫(kù)，對(duì)輸入鉆頭位置、鉆具組合、井身結(jié)構(gòu)參數(shù)，由上至下地建立各區(qū)域計(jì)算域網(wǎng)格，并結(jié)合其他輸入?yún)?shù)，如泵流量、鉆井液性能參數(shù)等，由模型自主學(xué)習(xí)并判別各個(gè)計(jì)算域最適宜的方法；再迭代給出鉆頭位置壓力波解析值。模型分網(wǎng)方法如圖3所示，該井井身結(jié)構(gòu)如圖4所示。裸眼段鉆進(jìn)完成后，4-1/2″鉆柱從井筒中起出。鉆井液性能如表1所示。圖4某井井身結(jié)構(gòu)圖Fig.4Wellborestructurediagram表1流體流變學(xué)參數(shù)Tab.1Fluidrheologicalparametersyτ/Pa8.087黏性指數(shù)(viscosityindex)K/Pa·sn0.34流性指數(shù)(liquidityindex)m0.711密度(density)/g·cm-31.2710s12.92靜切力(gelstrength)/Pa10min15.8030min23.94通過計(jì)算機(jī)程序計(jì)算，得到不同操作條件(具體見表2)下，整個(gè)起鉆過程中井底壓力的變化。計(jì)算結(jié)果見圖5~圖7。各圖的水平軸表示起鉆時(shí)的鉆頭位置。表2測(cè)試矩陣Tab.2Testmatrix流量(flowrate)/L·s-1起鉆速度(trippingspeed)/m·min-1032.9265.8410.0832.9265.8420.1632.9265.84圖5以32.92m/min起鉆時(shí)泵入排量對(duì)井底壓力的影響Fig.5Influencesofpumpingonbottomholepressurewhiletrippingwith32.92m/min從圖5可以看出，當(dāng)停止循環(huán)起鉆時(shí)，井底流體被鉆柱帶入環(huán)空并向上運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致井底出現(xiàn)壓力

【參考文獻(xiàn)】：
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