針對常規(guī)返砂管道無法滿足反循環(huán)鉆井技術(shù)返砂要求的問題,采用耐沖軟管與排砂硬管相結(jié)合的方式,提出了兩種新型返砂導(dǎo)流管道方案——U形線方案和懸鏈線方案。建立了懸鏈線及U形線的返砂導(dǎo)流管道數(shù)學(xué)模型,采用Fluent軟件對管道整體特別是T形接頭處進行流動及沖刷腐蝕模擬。根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)選出懸鏈線方案,并且研究了相關(guān)配套設(shè)備,給出完整的返砂系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。在樂安油田選取一口試驗井進行了5 d的反循環(huán)鉆井試驗,試驗中,返砂效率接近92. 53%,起鉆后井底基本無沉砂。研究結(jié)果可為雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：石油機械. 2020,48(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

U形線返砂導(dǎo)流管線T形接頭網(wǎng)格劃分

氣體的工作壓力為70 k Pa，入口流量為30m3/min，入口流速為19 m/s，質(zhì)量流量為0.600 5kg/s。分別對粒徑1、6和10 mm砂子的管內(nèi)流動、接頭沖蝕磨損情況以及能否從井底返砂情況進行分析模擬。忽略含水量，井眼直徑為444.5 mm，砂子密度為2 100 kg/m3。采用k-ε兩方程湍流模型和雙精度格式計算空氣流場。壓力場與速度場采用Simple耦合方法。速度場采用一階迎風(fēng)格式迭代，收斂后設(shè)置二階迎風(fēng)格式迭代。流道模型迭代計算到940次左右達到收斂條件，計算殘差如圖3所示。1.1.4 流動數(shù)值模擬

在流量30 m3/min的情況下，計算得整個U形線返砂導(dǎo)流管線壓降為18.961 kPa。通過對不同網(wǎng)格精度下的導(dǎo)流管線進行模擬，其壓降均控制在18 k Pa左右，證明網(wǎng)格劃分符合計算模擬要求。流動速度模型結(jié)果如圖4所示。從圖4a可知，U形線返砂導(dǎo)流管線中的流速變化不大，微小波動也基本在T形接頭處。因此，針對T形接頭處的模擬流動情況進行觀察，該處流速如圖4b所示。從圖4b可見，流速在兩個彎頭處有劇烈變化。流體流經(jīng)彎頭發(fā)生了明顯的流動分離:轉(zhuǎn)向外側(cè)壁面附近為高速區(qū)，流體流速可達15～16 m/s，在彎頭聯(lián)通接頭處并未發(fā)現(xiàn)明顯的大漩渦，但是在雙T形彎頭的封閉口有明顯的漩渦，但其流速較低。通過流速模擬分析，在雙T形彎頭封閉口處的三維漩渦區(qū)由于慣性將會有砂粒流入，砂礫在漩渦的作用下會對壁面產(chǎn)生持續(xù)磨損。在流速較高的高速區(qū)(圖4b中紅色橢圓指示區(qū))將產(chǎn)生劇烈的壁面磨損。由于砂粒的慣性較大，具體磨損位置和流場的高速區(qū)會略有偏移。

【參考文獻】：
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