隔水管内钻柱运动对环空压耗和携岩影响研究.doc

隔水管内钻柱运动对环空压耗和携岩影响研究深水和超深水是石油勘探开发的未来,但深水钻井过程中压力窗口很窄,需要对压力进行精细化控制。深水钻井隔水管受到波流作用,会导致隔水管和钻柱产生振动响应,由于隔水管环空尺寸大于井筒环空尺寸,隔水管和钻柱之间的相对运动使得隔水管环空流场比井筒环空流场更为复杂,对携岩也会产生影响,但是隔水管环空流场特性及携岩问题还少有人研究。为了研究隔水管内钻柱运动对环空流场特性和携岩影响规律,采用CFD软件FLUENT,结合动网格技术,对钻柱在隔水管内的运动过程进行数值模拟,得到了钻柱不同运动形式(旋转、横向振动、涡动)对环空流场的影响规律,进行多相流计算并进一步得到了钻柱不同运动形式(旋转、横向振动、涡动)对于隔水管环空携岩影响规律。计算结果表明,当钻柱旋转时,如果钻柱偏心度较小,钻井液螺旋向上流动,环空压耗整体变化不大;当钻柱偏心度较大时,环空中可能会产生多个与钻柱旋转方向相反的二次流旋涡,这会增大环空压耗,同时也会影响岩屑运移效果。当钻柱在隔水管环空中横向振动时,环空中会产生一个或多个二次流旋涡,钻柱振幅越大、周期越小对环空流场的扰动就越大,环空压耗也就越大;钻柱涡动时,不同偏心度和涡动方向对环空流场的影响规律不同,整体来看,钻柱涡动时对环空流场的扰动更强,环空压耗波动也更加剧烈;在本文研究的参数范围内,钻柱运动(旋转、横向振动、涡动)都会使得环空中岩屑输送比小于钻柱同心静止时的岩屑输送比,但降低幅度较小,总体上来看,可以认为钻柱运动(旋转、横向振动、涡动)均不利于提高隔水管环空携岩效率,但影响效果有限。