空气钻井环空气固两相流三维数值模拟

应用CFD软件对空气钻井环空气固两相流动进行数值模拟研究。模拟结果显示,不同入口速度条件下,压强分布的趋势基本一致,气体入口速度越大,压强速率变化越快;在斜井中,空气和岩屑的速度分布并不均匀,环空区域明显大于近壁面区域,最大流速发生在井筒环空区域上部,当气体流速与岩屑速度接近时,携岩效果并不理想;井筒内岩屑浓度的分布并不相同,环空区域岩屑的平均浓度明显大于近壁面处。     

空气钻井环空气固两相流动规律数值模拟

基于FLUENT软件中Euler模型,采用有限容积法建立了空气钻井环空气固两相流三维计算模型,分析了压力分布规律、流体分布规律、浓度分布规律。研究表明,从井底到井口压力逐渐降低;速度在钻铤内逐渐增大,在交界面处迅速降低,而后在钻杆内呈现增大趋势,岩屑速度在整体环空内逐渐降低;在交界面处形成漩涡,对岩屑进行了不同程度的清洗;同时空气浓度达到最大值、岩屑浓度为最小值;随着入口空气的逐渐增加,空气速度、岩屑速度变化率逐渐增大,而交界面处高空气浓度、低岩屑浓度区域逐渐增大,能较大程度的清洗岩屑。     

空气钻井最小注气量的数值模拟

空气钻井是一种利用空气作为循环介质的新型钻井技术,其循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻井参数的配置都和传统的钻井技术有很大的差别,本文主要研究的是在空气钻井中,岩屑的受力分析及作用机理,然后利用CFD软件模拟在不用入口压力下,能实现环空钻井的最小注气量.     

泡沫欠平衡钻进参数影响因素敏感性分析

由于泡沫钻井具有保护储层、提高钻速、携岩能力强等优点,适合于钻穿水层和天然裂缝地层,在20世纪90年代后得到迅速的发展。但泡沫物理性质随井筒变化,在环空中的流动比较复杂,所以对泡沫钻井水力参数的优化设计比较困难。为此,本文建立和数值求解了泡沫和岩屑在环空中流动的数学模型,并对影响泡沫钻井参数和泡沫流动特性的各因素进行了敏感性分析,分析结果可为泡沫钻井水力参数的优化设计提供依据。     

钻井过程中井筒温度分布影响建模研究

为掌握钻井过程中的井筒温度分布规律。建立了直井钻井过程中井筒和地层瞬态二维传热模型,研究了入口温度、钻井液导热系数和地温梯度对直井井筒温度分布的影响,实验结果表明,环空内钻井液和钻柱内钻井液温差最大在井筒温度等于地层温度处;入口温度影响井口附近井筒温度,但井深增加后地温影响更大;钻井液密度增加,井筒上部温差增大;钻井液导热系数增加,井筒上部环空内温度降低,下部升高。模型计算结果与现场温度数据吻合度高,最大相对误差仅为1.65%和0.79%,表明模型有效可靠,可为钻井作业提供指导。     

泡沫钻井液携屑能力分析

从钻井液流变特性和和环空返速两方面着手进行研究,分析其对携屑能力的影响。结果表明,提高钻井液的黏度、屈服值等流变参数,可有效的提升钻井液的携屑能力,尤其在层流情况下,提升效果更为明显。环空返速的大小对岩屑浓度存在一定的影响,环空返速最好控制在1.2~2 m/s之间,当流速高于临界值时,才会破坏环空中床层而使岩屑不成床。     

基于井下环形空间液固流动特性的数值模拟

钻井是开发石油资源一个非常重要的环节和技术手段,井中岩屑易在井眼底部形成岩屑床,导致下钻遇阻、蹩泵甚至卡钻,因此岩屑运移机理的研究对钻井作业来说至关重要。通过对现场实际情况的调研,在分析岩屑床的形成及危害的基础上,对钻井液携岩效果的影响因素和岩屑床的清除办法进行了探讨,提出了将提高钻井液环空返速、适当增加钻杆转速,改善钻井液性能与机械清除岩屑相结合的方法。运用Solid Works对井下环形空间进行建模与装配,得到井下环形空间的三维模型。使用软件建立井下环形空间的简化模型,通过应用FLUENT中动网格部分的UDF编写成功地实现了钻杆的旋转。运用FLUENT数字模拟软件,通过对流体非定常流的数值模拟,对岩屑在环形空间的运移规律进行研究,模拟条件更加接近实际情况,结果更加精确,可以为钻井井眼清洁工作提供科学参考。     

空气钻井井下燃烧机理研究

井下失火是空气钻井或空气雾化钻井中最大的问题之一.在空气钻井中钻遇的任何油气层,均有可能发生井下燃烧或者是爆炸.由于井下条件的复杂性,对油气产层油气成分、位置、产量、井下循环系统压力分布、温度分布;井下异常高温源的位置、温度;井下钻具与岩屑碰撞产生火花,岩屑与岩屑互相碰撞产生火花等等因素的难以确定性,使井下失火爆炸问题的理论分析成为一个十分复杂的燃烧问题.     

钻井液的选择和使用

钻井施工过程中,选择合适的钻井液,合理使用钻井液,通过钻井液的循环,冷却钻头,携带岩屑,保证钻井施工的顺利进行。结合钻探井筒的地质特征和钻井工艺技术措施,优选最佳的钻井液体系,避免对储层造成污染,达到绿色钻探施工的目标。     

机械式岩屑清除工具在钻井作业中的应用

在定向井、大斜度井和水平井钻井中,当井斜角超过临界值时,岩屑在环空中的下滑速度会随着井斜角增大而增大,岩屑滑向井眼底边的倾向也增大,而向液流内的滑动力会逐渐减弱,此时若钻井参数使用不当,岩屑会沉积在环空的底边形成岩屑床。岩屑床的存在会使下入的测试工具、测井仪器受阻,作业成功率下降甚至难以进行,会使下套管、固井作业困难,水泥封固质量差;同时会导致钻具扭矩增大,严重时甚至扭断井内钻井工具。     

高密高粘钻井液四相分离技术研究

对钻井过程中地面返回流体的四相分离进行了分析研究,重点是高压、超高压气层钻井和井控时,发生气侵的高密度、高粘度钻井液的分离系统研究。文中提出了几种典型的立式两级分离系统方案,第一级除去地面返回流体中的大宗气体、泡状液体和固体颗粒,第二级对弥散在混合液中的小起泡进行深度分离。由于钻井液随粘度的增大,越难发生气液分离,为除去该钻井液中极难分离的小气泡,提出了几种高效的离心式气液分离器设计方案。一些方案通过实验证明是合理、可行的,分离器实验模型的除气性能稳定、显著,从而为高压、超高压气层安全钻井及井控提供了保障。     

51/2"套管开窗侧钻水平井技术在延长气田的应用

延长气田二叠系山1段为主力储层之一,分布广泛,但由于其储层致密,产量不理想,为了提高该地层产气能力,决定对老井眼进行套管开窗侧钻,使直井变为水平井.小井眼开窗侧钻水平井技术是在定向井、水平井和小井眼钻井技术基础上发展起来的综合钻井技术,在一定程度上代表着钻井工艺的发展水平.利用该项技术可以使低产井达到“死井复活”,充分利用老井上部井眼以及老井场和地面设施,大幅度降低钻井钻井作业费,降低综合开发成本,有利于环境保护.延172侧1井的成功钻探不仅为开发提供了一种新的方式,而且为今后钻探小井眼裸眼井积累了重要的实践经验[1].     

气体欠平衡钻井的特点分析与研究

气体欠平衡钻井技术是使用空气、氮气、天然气等气体作为循环介质,所以节约了较多的钻井材料费用。气体钻井不光可以减小油层污染,而且还可以缩短钻井周期,延长钻具寿命。随着钻井数量的增加,面临的如井壁坍塌、井下爆炸、地层出水等诸多的问题日益严重。我们需要利用好气体欠平衡钻井技术优点的同时,分析缺点,预防和控制好不利因素。     

CFD Simulation of hydrodynamics of air sparging in a vertical tubular membrane

Computational fluid dynamics (CFD) simulation of the hydrodynamics of slug flow which is generated by air sparging in a vertical tubular membrane has been investigated. The results of simulation have been reported in the form of parameters such as shape, velocity profile, surface shear stresses and gas slug (Taylor bubble) rising velocities, and evaluated with experimental data which were presented in previous articles. This study showed that CFD modeling is able to accurately simulate the shape and velocity field around the gas slugs. Also the shear stress induced by slug flow passage and rising velocity of gas slugs for high-velocity liquid and low-velocity gas fit appropriately to values in reference data. Simulation results for gas slug rising velocity showed about 0.35–9% error in the different conditions investigated in respect to experimental data.     

不同进气角度对片材气辅挤出成型的影响

采用气辅助挤出成型技术,分别以垂直进气和平行进气2种方式进行了片材挤出实验,根据流变学原理建立了片材三维气辅挤出模型,利用有限元方法对0°、15°、30°、45°、60°、90° 6个不同进气角度下熔体在口模内的挤出过程进行了数值模拟。结果发现,改变进气角度对片材挤出制品造成了不同的影响,进气角度为90°时熔体在口模内的变形程度最大,随着进气角度的减小,熔体的变形程度减小;15°~30°的进气角度对聚合物片材气辅挤出成型最有利。     

气体钻井关键点问题研究以及最小注气量计算

气体钻井技术不但具有避免井漏、泥页岩水化膨胀和储层污染等问题的优点,而且能够大幅度提高钻井速度,提高钻井速度4~8倍,有利于及时发现和有效保护储层及提高油气采收率和单井产量,特别对坚硬地层、致密储层勘探有着重要的意义。但是气体携屑困难、井眼堵塞等问题一直是阻碍该钻井方式推广的瓶颈问题,解决这些问题的关键技术之一就是最小注气量的确定。目前多数文献是用地层温度代替环空温度来进行最小注气量计算,但由于气体的PVT效应,温度受压力流速影响较大,若用地层温度代替环空温度存在较大误差。同时,以往最小注气量计算方法均将关键点设置为钻铤顶部,然而本研究中发现井筒内气体的携岩动能并非一定在钻铤顶部最小,井身结构和钻具组合对关键点位置的影响较大。应用温度-压力耦合计算方式,确定的气体钻井最小注气量与现场施工更加接近,在给定工况下,最小注气量误差在0.4%左右。     

气辅成型过程中可压缩空气流动数值模拟

气辅成型技术能够有效地改善产品力学性能、提高产品的质量,因此在注射成型生产中应用广泛,与之相应的气辅成型CAE技术也得到了快速发展。当前的气辅成型CAE技术中假定空气为不可压缩流体,忽略了空气的可压缩性,因此研究气辅成型过程中可压缩空气的流动行为具有一定的实际意义。针对气辅成型过程中可压缩空气流动的复杂行为,基于假设将复杂的三维(3D)流动问题转化为二维(2D)。采用 CBS方法建立2D瞬态可压缩空气流动的有限元分析模型,求解算法采用预共轭梯度法,并用VC++完成了算法编制,实现了可压缩空气流动过程的数值模拟,其压力结果可作为充填流动分析的基础数据。     

塔河油田托普台地区钻井液技术

托普台地区位于塔河油田西南部,与塔河油田主体区块具有相近的油气成藏地质条件,是油气运移聚集的有利地区。针对该地区在钻井施工中出现的阻卡、井漏、井壁失稳、钻头易泥包、电测遇阻等难点,详细分析了该地区钻井液技术解决上述难点的技术对策和钻井液工艺技术措施,在不断探索中,总结经验,摸索出了该区块保证优快钻井切实可行的钻井液技术方案。