幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

赫-巴流体在偏心环空中的波动压力计算模型

在窄环空间隙中下套管、小井眼钻进、深水钻进和大位移井钻进等作业中,精确的波动压力计算模型是准确预测井底压力的前提。以往利用CFD软件模拟赫-巴流体在偏心环空中流动的波动压力计算方法不仅对计算机性能要求高,而且时间成本高,导致现场应用受限。用窄槽流动模型模拟偏心环空建立了流体流动的物理模型,在稳态层流条件下,结合流体流动的控制方程和赫-巴流体的流变方程,建立了波动压力数学模型和基于自适应辛普森积分与黄金分割理论的数值求解方法,利用室内试验结果对模型的合理性进行了对比验证。结果表明：建立的赫-巴流体在偏心环空中的波动压力数学模型结果准确;采用的数值求解方法精度高、速度快,与室内试验数据对比误差在10% 以内,满足现场精度需求;分析了波动压力的影响因素,在管柱处于完全偏心的情况下,波动压力梯度降低为同心环空的50%左右,在窄环空间隙中作业时,应严格限制起下钻的速度。     

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。     

幂律流体偏心环空流动中钻井液粘附系数研究

为了研究偏心环空中钻井液的粘附系数,建立了幂律流体偏心环空理论模型,用有限元软件Fluent对所建模型进行了模拟计算,分析了在环空紊流模型下钻井液粘附系数与套管运动速度及偏心距之间的关系,并对比分析了钻井液粘附系数和波动压力随偏心距的变化趋势。模拟中紊流计算采用κ-ε模型,假设幂律流体做稳定不可压缩流动。分析结果表明,当偏心距从0增大到完全偏心时,钻井液粘附系数减小值大于52%,受套管运动速度的影响较小,可以忽略;钻井液粘附系数和波动压力随偏心距具有相同的变化趋势,随着偏心距的增大,环空中波动压力逐渐减小,且从同心环空到完全偏心波动压力减小了74%。     

幂律流体偏心环空波动压力数值解

钻井液性能和环空几何形状对波动压力影响很大.本文建立了双极坐标下非牛顿流体偏心环空稳态波动压力的控制方程,利用盒式积分法和有限差分法推导了椭圆型变系数非齐次偏微分方程的数值模型,以幂律流体为例计算了下套管作业时所产生的激动压力梯度和偏心环空速度分布.模型计算结果表明:随偏心度增加,波动压力减小,偏心环空宽、窄间隙内速度分布差异增大.管柱完全平躺于井眼下侧时的波动压力大约只有管柱居中时的一半.文中还把数值模型计算结果与经验模型和近似模型计算结果进行了对比.     

偏心环空压降的实用求解法

石油工程、化学工程和摩擦润滑中,经常遇到非牛顿流体在偏心环空中的流动问题。偏心环空中由于内、外号柱的不同轴,给有关参数计算带来了很大不便。文中首先求解了非牛顿流体在同心环空中作轴向运动时的解析解,之后利用数值方法求解了偏心环空中非牛顿流体轴向运动时的数值解。在此基础上,利用多元多数回归分析的方法,建立了非牛顿流体在偏心环空中运动时压降计算的经验模式。计算表明,同近似法和数值法相比较,该方法不仅使用方便,而且误差仅在5%以内,完全可以满足工程施工的需要。     

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法.以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型.实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义.     

页岩气水平井套管偏心条件下注水泥全过程压力动态预测

某油田二叠系山西组页岩气水平井注水泥过程中易出现漏失和溢流等复杂问题,严重影响固井质量,现有套管居中条件下井筒压力计算方法难以满足井筒压力精确计算要求。亟需建立一套考虑实际井下工况的注水泥全过程井筒压力计算模型来准确预测、实时评价井筒压力分布特征,以确保固井安全与提高固井质量。考虑套管偏心工况下注水泥过程中多种流体注入对井筒静压和循环摩阻的影响,引入偏心环空摩阻压降修正系数,建立了考虑套管偏心条件下注水泥环空流动计算模型,结合计算A井套管偏心数据,分析了套管偏心对环空压力的影响。结果表明,套管偏心条件下环空摩阻压降比同心环空降低了22.7%～33.42%,套管偏心条件下压力计算模型的预测值与实际泵压吻合度高,计算误差在1.37%以内,采用该计算方法确保了注水泥施工过程中的压稳不漏原则。验证了建立的注水泥全过程压力预测模型与计算方法的准确性,成果对低压易漏地层固井施工具有重要指导意义,避免了井下复杂情况发生,确保固井施工安全。     

考虑钻具屈曲的环空流动仿真研究

在小井眼定向井和水平井钻井过程中,钻具屈曲会对环空流场、压力场产生较大影响。文中借助流体动力学计算软件ANSYS FLUENT开展了考虑钻具正弦、螺旋屈曲的环空流动仿真模拟,系统地研究了不同环空偏心距、不同转速等因素对环空流场和流动压降的影响规律。研究发现:同心环空中,流体流速沿径向对称分布,偏心、屈曲环空中偏离对称分布;环空间隙越大,环空流速就越大;当考虑钻柱旋转时,钻柱旋转对环空窄间隙处流速的影响比对环空宽间隙处的影响要大,可明显提高环空窄间隙处的流速;同心环空、偏心环空压降值沿井深呈线性增加,偏心度越大,压降越小;屈曲环空压降值沿井深呈非线性增加,转速越大,压降越小。仿真结果与实验结果相比,具有较高的准确性,对真实钻井条件下环空压降的计算具有一定的指导意义。     

屈服假塑性流体偏心环空流动的基本特征

石油钻井和完井过程中，经常出现钻井液、水泥浆和完井液在偏心环空中的流动。屈服假塑性流体在描述这些流体的流变性时有很高的精度。文中根据非牛顿流体流动的基本方程和偏心环空环隙间距的几何关系，利用相似原理，求解了屈服假塑性流体在偏心环形空间中作层流轴向流动时适于工程应用的二元速度分布，以及平均流速、流量和压降的表达式。研究表明：液体在偏心环形空间流动时与在同心环空中流动的最大差异，在于流经偏心环空不同间     

斜井流压计算方法

提供了一种计算斜井流压和井筒中压力分布的方法,该方法首先把斜井修正成直井,然后应用三段法,依据环空及井筒的流体特性多数和井柱及地层参数计算出井筒压力分布和流压,模型求解采用迭代法。通过11口井的实际应用,所得结果合理可靠,可以用来指导动态分析和共合理工作制度的选取。     

旋流扶正器作用下环空螺旋流场压降研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，使用旋流扶正器不仅可提高套管居中度，还能改变环空流体流速剖面，使流体做螺旋运动，螺旋顶替方式有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高固井质量。液体螺旋流动方式改变了轴向流场压降的分布规律，展开螺旋流场压降的研究对注水泥安全施工有着重要意义。文章在实验的基础上，推导出了环空螺旋流场压降的计算公式，实验结果表明：环空螺旋流场的压降呈非线性衰减，且在同等条件下大于一维轴向流场的压降值，注水泥施工设计时应对其予以足够重视。     

对有杆泵环隙压差-剪切漏失方向问题的研究

对目前国内文献关于抽油泵偏心环形间隙流量(即偏心环隙漏失)中的压差漏失和剪切漏失的方向存在争议的问题,提出压差漏失与剪切漏失方向相同的观点,并由此修改了现有的有杆泵环隙漏失公式,建立了新的环隙偏心压差-剪切同向漏失模型。使用该模型对漏失量与冲次、泵间隙之间的关系进行分析,发现冲次越高,漏失量越大;泵间隙越大,漏失量越大。指出快速抽汲可以减少漏失的说法是错误的,快速抽汲对漏失的影响不是减少而是增加。该结论符合现场实际情况,对现场实际生产有一定的指导意义。     

小井眼环空压耗模式的建立及其在吉林油田的应用

小井眼环空压耗计算与常规井不同。文中通过对大量试验数据分析,回归得到了钻柱旋转和偏心弯曲对小井眼环空压耗影响的经验模式,并在常规井压耗模式基础上建立了小井眼环空压耗模式。给出了小井眼中由轴向流动雷诺数和旋转泰勒数共同判别钻井液流态的经验表达式。编制了小井眼水力参数优化和钻井液流变参数优选的程序。计算结果表明小井眼中的环空压力损失与钻柱内压力损失的比值高达25%~30%。利用吉林油田庙1-40井的数据,对理论模式及室内试验结果进行了现场验证。验证结果表明,利用文中建立的小井眼压力损失模型去预测现场小井眼中的压力降,相对误差在6%以内,证明所建立的压耗模型完全可以满足工程施工的需要。对该油田庙5-40井水力参数进行了预测计算,计算结果同样表明了模式的准确性。     

裸眼系列完井方式下鱼骨井产量模型求解方法

为了向鱼骨井完井方案设计提供必要的理论参考依据,建立了鱼骨井产量稳态耦合模型,以裸眼系列完井方式为核心内容,以微元段法为求解手段,定量阐述完井筛管对耦合流动过程的影响,得到了鱼骨井流压分布剖面和流率分布剖面。经分析认识到,完井筛管管外环形空间储层砂堆积层产生的渗流附加压降影响了油藏渗流,井筒流压和流率分布剖面相对于裸眼完井整体下降,影响程度主要取决于储层砂粒度中值和筛管挡砂精度,同时也受到渗流干扰作用的局部控制;完井筛管尺寸、管壁质量交换效应以及基管孔眼参数影响了井筒管流,使得全生产井段井筒流压分布剖面相对于裸眼完井更加陡峭。通过与经典产量解析模型对比计算,证明了本文模型的合理性。     

一种新的井筒积液气井试井分析方

气井早期段压力恢复曲线容易受到关井后井筒积液因素的影响,从而导致早期试井曲线出现各种异常的形状。对于这类测试资料,用常规的定井储模型方法无法进行有效地典型曲线拟合分析解释,并且应用Fair或Hegeman相分离解释模型也不能完全地解释积液过程产生的变井筒储存效应。此外,许多情况下的积液效应对压力恢复曲线响应的影响,无法应用常规的压力及压力导数双对数图诊断出。文章首先系统地研究了各种情况下的变井储响应诊断方法,说明了应用PPD诊断图和SLPD诊断图诊断变井储响应的有效性;其次,研究了Spivey和Lee提出的变井筒储存模型,在此基础上通过引入标准化拟压力和拟时间函数建立了一套基于分隔泄漏变井储模型的井筒积液气井试井分析理论与方法,并应用实例说明了该方法的可靠性。     

有杆泵漏失新模型

分析了传统泵漏失模型中存在的2个问题:1认为剪切漏失与压差漏失方向不同;2在计算压差漏失量时忽略液柱在抽汲过程中产生的动载。在此基础上,提出了一种新型的有杆泵偏心环隙压差-剪切流漏失模型。该模型在计算漏失压差时全面考虑了柱塞上部液柱的静载荷与动载荷,同时利用数学方法证明了井下往复泵环隙剪切漏失与压差漏失是同向的,提高了抽油泵漏失计算的准确性。使用该模型对冲次、泵深等参数进行敏感性分析,其结果与现场实际情况相吻合。最后,与实际试验数据对比表明,该模型的精度高于传统漏失模型,对现场实际生产有一定的指导意义。     

鱼骨型多分支水平气井产能规律研究

推导了水平气井在无界地层中三维拟压力分布模型,运用镜像反映和叠加原理建立了鱼骨型多分支水平气井在地层中的压力分布方程。建立了考虑井筒摩阻损失、加速度损失、混合损失及重力作用的井筒流动方程,从而得到了完整的产能模型。运用产能模型系统分析了储层物性、井筒压力损失、多分支井型结构等因素对鱼骨型多分支水平气井产能的影响,得到了鱼骨型多分支水平气井的产能规律。