第棿棾卷第棿期年月石暋暋油暋暋鉆暋暋探暋暋技暋暋術(shù)斨旓旍灡棿棾斘旓灡棿棳牎鉆井完井牐椇棷斾旓旈棻棸棶棻棻椆棻棻旙旡旚旙棶棽棸棻椀棸棿棸棻棽旟旉

氣體鉆水平井巖屑運移數(shù)值模擬研究

李暋皋棻棳肖貴林棻棳李小林棽棳李暋誠棻

棬棳油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室棬西南石油大學(xué)棭四川成都椂中國石油渤海鉆探工程有限公司塔里木鉆井分棻棶棻棸椀棸棸椈棽棶

摘暋要椇針對氣體鉆水平井過程中的井眼凈化問題棳開展了水平段巖屑運移特征研究�；�于氣固兩相流動模

棳型采用斊不同注氣量暍不同鉆桿轉(zhuǎn)速和不同鉆桿偏心距下單顆粒斕斦斉斘斣軟件模擬了氣體鉆井條件下不同粒徑暍

巖屑和巖屑顆粒群在水平環(huán)空的運移特性暎模擬結(jié)果表明棳單顆粒巖屑在水平環(huán)空的運移以躍移形式為主棳而巖棾屑顆粒群的運移主要包括蠕移和躍移兩種形式椈粒徑椀灡棸旐旐巖屑在注氣量椀棸棳椃棸和椆棸旐棷旐旈旑下的首次跳躍距棾棳在注氣量為椀粒徑棻離分別為棸棸旐棷旐旈旑時棳灡椀旐旐巖屑的首次跳躍距是粒徑棾灡棸旐旐巖屑的灡椀椀棸灡椆棸和棻灡椀棸旐椈棷粒徑椃粒徑椂棻灡椀倍椈灡棸旐旐巖屑在鉆桿靜止和轉(zhuǎn)速為椂棸旘旐旈旑下的第棾次跳躍距離分別為棸灡棿棾和棸灡椂棽旐椈灡棸旐旐棳棳巖屑在偏心距棸注氣量越大暍粒徑棻棸和棻椀旐旐條件下的第棽次跳躍距離分別為棸灡椀椀棸灡棿棿和棸灡棽椄旐暎研究表明棳

越小暍偏心距越小暍鉆桿轉(zhuǎn)動越快棳則巖屑運移的距離越遠暎建議采取適當提高注氣量暍安裝水平井井眼凈化工具暍

棳暎提高鉆桿居中度等措施以提高井眼凈化效果

關(guān)鍵詞椇氣體鉆井水平井巖屑運移數(shù)值模擬粒徑注氣量轉(zhuǎn)速

棬棭中圖分類號椇斉棽棻暋暋文獻標識碼椇椄椆棸棽棸棻椀棸棸椂椃斄?xí)�暋文章編號椇斣棻棸棸棭公司棳新疆庫爾勒椄棿棻棸棸�?/p>

斘旛旐斿旘旈斻斸旍斢旈旐旛旍斸旚旈旓旑旀旓旘斆旛旚旚旈旑旙斖旈旘斸旚旈旓旑斾旛旘旈旑斸旙旂旂旂斍斈旘旈旍旍旈旑旀斎旓旘旈旡旓旑旚斸旍斪斿旍旍旙旂旓

椄棿棳斸旑斻斿斾旛旘旈旍旍旈旑旀旇旓旘旈旡旓旑旚斸旍旝斿旍旍旙旘斿旙斿斸旘斻旇旂旓旚斿旘旈旙旚旈斻旙旓旀斻旛旚旚旈旑旈旘斸旚旈旓旑旈旑旇旓旘旈旡旓旑旚斸旍旙斿斻旚旈旓旑旙棶斅斸旙斿斾旓旑旚旇斿旂斸旙灢旙旓旍旈斾旇斸旙斺斿斿旑斻旓旑斾旛斻旚斿斾旀旓旘斻旇斸旘斸斻旂旐旂棳旀旍旓旝旐旓斾斿旍旚旇斿旐旈旘斸旚旈旓旑斻旇斸旘斸斻旚斿旘旈旙旚旈斻旙旓旀旙旈旑旍斿灢斸旘旚旈斻旍斿斻旛旚旚旈旑旙斸旑斾旐旛旍旚旈灢斸旘旚旈斻旍斿斻旛旚旚旈旑旙旝斿旘斿旙旈旐旛灢旂旂旔旂旔旂棳棳斾旙斸旑斾斿斻斻斿旑旚旘旈斻斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀旍斸旚斿斾旛旙旈旑斊斕斦斉斘斣斸旚斾旈旀旀斿旘斿旑旚斾旈斸旐斿旚斿旘旙斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旙旘旓旚斸旚旈旑旙斿斿旂旂旉旂旔棳斾旈旑旙斸旍旚斸灢斾旘旈旍旍旈斿棶斣旇斿旘斿旙旛旍旚旙旙旇旓旝斿斾旚旇斸旚旈旑斸旇旓旘旈旡旓旑旚斸旍斸旑旑旛旍旛旙旙旈旑旍斿灢斸旘旚旈斻旍斿斻旛旚旚旈旑旙旐斸旈旑旍旈旘斸旚斿旔旔旂旔旂旟旐旂棾棳旚旈旓旑旝旇旈旍斿旐旛旍旚旈灢斸旘旚旈斻旍斿斻旛旚旚旈旑旙旐旈旘斸旚斿斾旈旑斻旘斿斿旑斾旙斸旍旚斸旚旈旓旑棶斊旓旘旚旇斿旂斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旙旓旀椀棸旐棷旔旂旂旔斸旉棾棾棳棳旐旈旑斸旑斾椆棸旐棷旐旈旑旚旇斿旀旈旘旙旚旙斸旍旚斸旚旈旓旑斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀椀旐旐斾旈斸旐斿旚斿旘斻旛旚旚旈旑旙旝斿旘斿棸灡椀椀旐棳旐旈旑椃棸旐棷旂棾棳暞棸灡椆棸旐斸旑斾棻灡椀棸旐旘斿旙斿斻旚旈旜斿旍棶斊旓旘旚旇斿旂斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旓旀椀棸旐棷旀旈旘旙旚旐旈旑棻灡椀旐旐斾旈斸旐斿旚斿旘斻旛旚旚旈旑旙旔旟旉旂棷棷旙斸旍旚斸旚旈旓旑斾旈旙旚斸旑斻斿旈旙棻灡椀旚旈旐斿旙旓旀棾灡棸旐旐斾旈斸旐斿旚斿旘斻旛旚旚旈旑旙棶斊旓旘旚旇斿旘旓旚斸旚旈旑旙斿斿斾旙旓旀棸旘旐旈旑斸旑斾椂棸旘旂旂旔棳旐旈旑旚旇斿旚旇旈旘斾旙斸旍旚斸旚旈旓旑斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀椃灡棸旐旐斾旈斸旐斿旚斿旘斻旛旚旚旈旑旙旝斿旘斿棸灡棿棾旐斸旑斾棸灡椂棽旐旘斿旙斿斻旚旈旜斿旍旑斾斿旘旂旔旟旛棾旚旇斿旂斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旓旀椀棸旐棷旐旈旑棶斊旓旘旚旇斿斿斻斻斿旑旚旘旈斻斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀棸旐旐棳棻棸旐旐斸旑斾棻椀旐旐棳旚旇斿旙斿斻旓旑斾旉旑斾斿旘旚旇斿旂斸旙旙斸旍旚斸旚旈旓旑斾旈旙旚斸旑斻斿旙旓旀椂旐旐斾旈斸旐斿旚斿旘斻旛旚旚旈旑旙旝斿旘斿棸灡椀椀旐棳棸灡棿棿旐斸旑斾棸灡棽椄旐旘斿旙斿斻旚旈旜斿旍旂旔旟旛棾棳棳棳旐旈旑棶斣旇斿旘斿旀旓旘斿旚旇斿旀斸旙旚斿旘旂斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旚旇斿旙旐斸旍旍斿旘斾旈斸旐斿旚斿旘旓旀斻旛旚旚旈旑旙旚旇斿旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旓旀椀棸旐棷旉旂旉棳旈旙旚斸旑斻斿旚旇斿旀旛旘旚旇斿旘旝旓旛旍斾斻旛旚旚旈旑旙斺斿旘斿旐旓旜斿斾棶斣斸旊旈旑旀斸旙旚斿旘旘旓旚斸旚旈旑斿斿斾斸旑斾旚旇斿旙旐斸旍旍斿旘斿斻斻斿旑旚旘旈斻斾旂旂旂旙旔棳旐斿斸旙旛旘斿旙旙旛斻旇斸旙旈旐旘旓旜旈旑斸旙旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿斸旘旓旘旈斸旚斿旍旈旑旙旚斸旍旍旈旑旓旍斿斻旍斿斸旑旈旑斿旜旈斻斿旀旓旘旇旓旘旈旡旓旑旚斸旍旔旂旂旉旔旔旔旟旂斸旇旂斾旝斿旍旍斸旑斾旐旓斾斿旘斸旚旈旑旘旈旍旍旈旑旈斿斻旓旛旍斾斺斿旑斿旀旈旚旚旇斿旇旓旍斿斻旍斿斸旑旈旑旀旀旈斻旈斿旑旚旍棶旂斾旂旔旔旂斿旟椈椈椈椈椈椇旍旈旑旇旓旘旈旡旓旑旚斸旍旝斿旍旍旐旈旘斸旚旈旓旑旓旀斻旛旚旚旈旑旙旑旛旐斿旘旈斻斸旍旙旈旐旛旍斸旚旈旓旑斸旘旚旈斻旍斿旙旈旡斿斸旙斔斿旓旘斾旙斸旙斾旘旈旍旂旂旂旔旂旂旟旝椈旈旑斿斻旚旈旓旑旘斸旚斿旘旓旚斸旚旈旑斿斿斾旉旂旙旔

暋暋氣體鉆水平井技術(shù)結(jié)合了氣體鉆井保護儲層和

被視為解決低壓暍低水平井擴大滲流面積的優(yōu)點棳

孔暍低滲暍低豐度非常規(guī)油氣資源高效開發(fā)的重要技

大技術(shù)難題棳井眼凈化效果不好會引發(fā)高摩阻暍高扭

阻礙了氣體鉆水平井技術(shù)的應(yīng)用暎椵棳嚴重矩暍卡鉆和固井質(zhì)量差等一系列工程問題椲椵棳術(shù)手段椲然而水平段巖屑運移是該技術(shù)面臨的一棻棻棽棻棳棳棳斕旈斍斸旓斬旈斸旓斍旛旈旍旈旑斕旈斬旈斸旓旍旈旑斕旈斆旇斿旑旂改回日期椇收稿日期椇棽椈棽棸棻棻暎棽棸棻暘棭棳作者簡介椇李皋棬男棳四川武勝人棳棻椆椃椂棻椆椆椆年畢業(yè)于西南棳石油學(xué)院地質(zhì)專業(yè)棽棸棸棽年獲西南石油學(xué)院地質(zhì)專業(yè)碩士學(xué)位棳副研究員棳主要棽棸棸椀年獲西南石油大學(xué)油氣井工程專業(yè)博士學(xué)位棳從事氣體鉆井暍欠平衡鉆井和儲層保護方面的研究暎棬棭聯(lián)系方式椇棸棽椄椄棾棸棾棿椃椄椂棳斿斸旙旓旑旙旇斸旝椑旕棶斻旓旐暎旕基金項目椇國家自然科學(xué)基金重點項目暟氣體鉆井技術(shù)基礎(chǔ)研棬棭暟究暠編號椇和國家科技重大專項低滲氣藏復(fù)雜地層高效椀棻棻棾棿棸棸棿棬棭鉆井關(guān)鍵技術(shù)暠編號椇資助暎棸椀棽棸棻棻斱斬棸椀棸棽

第卷第期李皋等氣體鉆水平井巖屑運移數(shù)值模擬研究

國內(nèi)外對氣體鉆水平井巖屑運移問題的相關(guān)研究開始于注氣量模型研究暎井注氣量進行了大量研究棳最早建立了斠棶斠棶斄旑旂

斿旍椲椄椵

對空氣鉆空氣鉆井注

氣量計算模型暎此后棳斅棶斍旛旓椲椆椵廣椲棻棻椵暍張雅春椲棻棽

椵等人對斠棶斠棶斄旑斿旍暍王巖椲棻棸

椵旂模型進行暍袁了完兆善和修正棳提高了氣體鉆水平井注氣量計算模型的

準確性暎柳貢慧等人椲棻棾椵分析了影響氣體鉆水平井

巖屑起動臨界氣體速度的因素棳發(fā)現(xiàn)偏心環(huán)空和大井斜角段是攜巖的不利區(qū)域暎隨著計算流體軟件的發(fā)展棳越來越多的學(xué)者利用數(shù)值模擬方法分析水平井巖屑運移規(guī)律暎孟英峰等人椲棿棳棻棿椵通過模擬軟件分析水平環(huán)空流場棳發(fā)現(xiàn)偏心環(huán)空和鉆桿

斆斊斈數(shù)值

接頭不利于巖屑運移暎萬里平等人椲棻椀椵分析了氣體鉆井水平段擴徑處的環(huán)空流場棳認為井徑擴大率越大棳擴徑處井眼低邊越容易堆積巖屑暎沈忠厚等人椲棻椂椵利用化碳鉆水平斆斊井斈數(shù)值模擬軟件棳

分析了超臨界二氧時流體密度和黏度對攜巖能力的影響�；艉榭〉热藯蹢睏�

椵基于方法棳分析了流量暍溫度暍斈壓力斝斖模型棳采用數(shù)值模擬暍粒徑暍鉆桿偏心等因素對超臨界二氧化碳鉆井水平段攜巖能力的影響規(guī)

律暎宋先知等人椲棻椄椵采用運移規(guī)律斏斖斝斕斉斆算法棳分析了連斠續(xù)斿斸油旍旈旡管斿

湍流模式及鉆水平井巖屑的暎邵帥等人椲棻椆

椵分析不同井斜角下巖屑的受

力棳得到了不同井斜角下氣體鉆井巖屑起動的臨界流速暎以上研究已經(jīng)取得了一定成果棳但是針對氣體鉆水平井時巖屑運移特征方面的研究還相對缺乏暎因此棳筆者采用粒巖屑和巖屑顆粒群的運移進行了模擬斊斕斦斉斘斣軟件棳

對氣體鉆井水平段單顆棳分析了單顆粒巖屑和巖屑顆粒群在水平段的運移特征暎暋氣體鉆水平井巖屑運移機理

灡棻暋氣體鉆水平井巖屑運移的特殊性

由于巖屑受力的不同棳水平井攜巖規(guī)律與直井攜巖規(guī)律存在本質(zhì)的不同椲棻椀

椵巖屑所受重力方向與其運動方向基本處于同一軸線棬見圖棻棭

暎在直井段棳上棳井眼徑向的分速度可以忽略不計棳因此棳在氣體返速大于沉降末速的條件下棳巖屑即可被順利攜帶出井口棳而不能被氣體攜帶的大粒徑巖屑在重力作用下回落到井底進行二次破碎或多次破碎棳達到運移條件后被攜帶出井口暎在水平井段棳由于水平井眼的特殊性棳若出現(xiàn)氣體不能攜帶的大顆粒巖屑棳巖屑則不能回落到井底進行重復(fù)破碎棳而是在重力作用下下沉至下井壁形成巖屑床

暎

圖棻暋直井段與水平井段巖屑運移對比示意斊旈旂棶棻暋斖旈旂旘斸旚旈旓旑旓旀斻旛旚旚旈旑旂

旙旈旑旜斿旘旚旈斻斸旍斸旑斾旇旓旘旈灢旡旓旑旚斸旍旙斿斻旚旈旓旑旙

灡棽暋巖屑運移形式

單顆粒巖屑在水平段運移過程中主要受到重力暍浮力暍氣動阻力暍壓強梯度暍附加質(zhì)量力暍力暍巖屑受到的動力大于阻力斢斸旀旀旐斸旑升力和斖斸旂

旑旛旙升力等力的作用斅椲棽斸棸旙椵

旙時棳即開始起動運移暎棳斿當旚

氣

體鉆水平井過程中棳巖屑運移形式主要有蠕移暍躍移和懸移用相對較小的情況下棾種形式椲

棿

椵暎蠕移是指在巖屑受到的動力作棳沿下井壁平行滑動或者滾動的運移形式暎躍移是指隨著巖屑受力增大棳巖屑以跳躍的形式運移暎懸移是指巖屑受到的升力大于重力時棳以懸浮的形式在水平段環(huán)空運移暎