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考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究

安锦涛 李军 黄洪林 杨宏伟 张更 陈旺

安锦涛,李军,黄洪林,等. 考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究[J]. 钻井液与完井液,2022,39(6):700-706 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.006
引用本文: 安锦涛,李军,黄洪林,等. 考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究[J]. 钻井液与完井液,2022,39(6):700-706 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.006
AN Jintao, LI Jun, HUANG Honglin, et al.Performance optimization of slim-hole drilling fluids under hole cleaning condition[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(6):700-706 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.006
Citation: AN Jintao, LI Jun, HUANG Honglin, et al.Performance optimization of slim-hole drilling fluids under hole cleaning condition[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2022, 39(6):700-706 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.006

考虑井眼清洁条件下的小井眼钻井液性能优化研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2022.06.006
基金项目: 中石油-中国石油大学(北京)战略合作项目“准噶尔盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究”(ZLZX2020-01);新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目“智能井控井筒压力模型与控制方法”(XJEDU20211028);国家自然科学基金青年科学基金项目“深井复杂地层智能井控井筒压力预测模型与优化控制方法”(52104012)
详细信息
    作者简介:

    安锦涛,在读博士研究生,1990年生,毕业于长江大学油气井工程专业。E-mail:moonhmm@163.com

    通讯作者:

    李军,教授,1971年生,主要从事控压钻井与井控、井筒完整性方面研究。E-mail:lijun446@vip.163.com

  • 中图分类号: TE254.3

Performance Optimization of Slim-Hole Drilling Fluids Under Hole Cleaning Condition

  • 摘要: 新疆油田玛湖部分区块采用长水平段(超2000 m)小井眼技术进行钻井和开发。在钻井过程中,井眼不清洁导致的卡钻,井筒压力过大导致的漏失问题严重制约了该区块的高效经济开发。钻井液性能的优化是解决上述问题的关键方法之一。为此,采用了CFD数值模拟的方法,建立了环空固液两相流模型,探究了不同钻进参数下钻井液不同流变参数(赫巴流变模型)对岩屑运移和环空压耗的影响。根据数值模拟结果可知:①提升钻井液密度有利于提高携岩能力;②不同钻进参数下,钻井液流变参数对岩屑运移作用效果不同;③钻井液流变参数并非越大越有利于岩屑运移;④结合玛湖区块特征,确立了最优钻井液流变参数范围,并将该范围成功的应用于现场。

     

  • 图  1  小井眼环空网格划分示意图

    图  2  CFD数值模拟和实验数据对比结果

    图  3  不同密度下环空两相流计算结果

    图  4  不同屈服强度下环空两相流计算结果

    图  5  不同稠度系数下环空两相流计算结果

    图  6  不同流性指数下环空两相流计算结果

    图  7  钻进参数与钻井液屈服强度综合作用下环空岩屑沉积云图(Z=3 m)

    图  8  不同钻井液流性指数、钻进参数下钻井液流速云图(Z=3 m)

    图  9  玛湖现场钻井液流变性能曲线

    表  1  两相流数值模拟模型选择

    模型种类模型选择
    多相流模型欧拉-欧拉模型(瞬态)
    湍流模型SST k-ω 湍流模型
    剪切应力模型固体剪切黏度Gidaspow模型
    动力黏度Gidaspow模型
    摩擦黏度Schaeffer模型
    曳力模型Hulin-Gidaspow模型
    升力模型Saffman-Mei模型
    钻井液流变模型赫-巴流变模型
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    表  2  两相流数值模拟参数设定

    模拟
    环空返速/
    m·s−1
    钻杆转速/
    r·min−1
    机械钻速/
    m·h−1
    ρ岩屑/
    g·cm−3
    井斜
    角/(°)
    1#1.2808.82.6590
    2#1.240
    3#1.540
      注:1#为现场参数,现场钻井液k=0.5505 Pa·snn=0.6411,τHB=2.55 Pa,密度为1.43 g/cm3
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    表  3  网格无关性测试结果

    网格
    数量
    稳态环空岩屑
    剩余质量/kg
    相对误
    差/%
    稳态环空压
    耗梯度/(Pa·m−1)
    相对误
    差/%
    4.8×1051.5221705.1
    6.4×1051.5011.401686.21.10
    8.0×1051.4940.471680.50.34
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    表  4  玛湖现场钻井液流变参数

    井号φ3φ6φ100φ200φ300φ600k/Pa·snnτHB/Pa现场情况
    MaHW6XX0563249641000.39590.69142.550井眼清洁
    MHHW20XX135294256900.69660.57411.530井眼清洁
    MHHW20XX9683757761230.42430.70483.060压耗大,井漏
    MHHW10XX412162839660.10670.83220.511井眼不清洁
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-16
  • 修回日期:  2022-07-11
  • 刊出日期:  2022-11-30

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