基于漂移流动模型的水平井岩屑床高度瞬态计算新方法

水平井已成为常规和非常规油气资源开采的常用井型,但水平井钻井过程中造斜段与水平段环空极易堆积形成岩屑床,为避免岩屑床沉积所导致的埋钻、卡钻事故,需要对环空中的岩屑床高度进行实时准确预测。为此,基于漂移流动模型建立了环空固液两相瞬态运移模型,应用基于交错网格的有限体积法对环空进行离散化,并采用投影方法进行数值求解。研究结果表明：(1)投影方法可以应用于环空固液两相流瞬态计算当中,且求解效率高于传统的压力—速度耦合算法;(2)岩屑进入环空后,首先在钻头处形成稳定岩屑床并逐渐向出口方向延伸,由于岩屑运移所产生的阻力远高于钻井液流动阻力,岩屑体积分数较高的井段环空压耗大幅增加;(3)环空中形成稳定岩屑床的时间主要受排量影响,低环空排量形成稳定岩屑床的时间较高环空排量所需时间更长;(4)通过与稳态岩屑床高度模型进行对比,所建立模型可满足实钻过程中的工程需要,且准确性可靠。结论认为,建立的模型用于预测大斜度井段岩屑床瞬态高度,计算效率较高,能够为水平井岩屑床高效清除与卡钻事故风险预测提供一定的理论指导。     

页岩储层水平扩径井段固井顶替效率数值模拟研究

提高水平扩径井段顶替效率是提高水平井固井质量的途径之一，但相关研究存在假设过于理想化、与现场实际不相符的问题。为此，利用CFD数值模拟方法，以大庆油田古龙页岩储层为例，开展了椭圆形水平扩径井段固井水泥浆三维顶替模拟研究。结果表明：偏心度越高，扩径段的宽窄间隙处的流速差越显著，偏心度为0.7时，流速差达到2.00 m/s,钻井液很难被完全顶替；最大扩径段位于扩径段中部时，水泥浆顶替效率最高，扩径段靠近最大扩径处一侧时，水泥浆顶替效率变差，易形成钻井液滞流区；套管高偏心度条件下，顶替效率随套管转速增加显著改善，偏心度为0.7时，套管转速从30 r/min增至40 r/min,顶替效率提高1.17个百分点；主轴旋转会改变扩径段的几何形状，主轴方位角为60～120°时，顶替效率变化明显，由60°增至90°时，顶替效率降低0.81个百分点。该研究结果有助于提高页岩储层椭圆形水平扩径井段的固井质量。