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?jǐn)飻鞛睏礂硵螖餅睏礂瑺°@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(yùn)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(chéng)棻

棬棳油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室棬西南石油大學(xué)棭四川成都椂中國(guó)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(duì)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(yùn)移特征研究�；�于氣固兩相流動(dòng)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(yùn)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(yùn)移以躍移形式為主棳而巖棾屑顆粒群的運(yùn)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?xiàng)瘮頂閿钕碌氖状翁�躍距棾棳在注氣量為椀粒徑棻離分別為棸棸旐?xiàng)瘮頂閿顣r(shí)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?xiàng)粭�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?xiàng)粸睏皵頂項(xiàng)瑮瑤r屑在偏心距棸注氣量越大暍粒徑棻棸和棻椀旐旐?xiàng)l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(dòng)越快棳則巖屑運(yùn)移的距離越遠(yuǎn)暎建議采取適當(dāng)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(yùn)移數(shù)值模擬粒徑注氣量轉(zhuǎn)速

棬棭中圖分類號(hào)椇斉棽棻暋暋文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼椇椄椆棸棽棸棻椀棸棸椂椃斄?xí)�暋文章編�?hào)椇斣棻棸棸棭公司棳新疆庫(kù)爾勒椄棿棻棸棸棸

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?dāng)聰釘髷鍞鋽飻顢魯钄鍞鐢釘鬄矓髷飻鞌閿鋽钄釘髷鈹鍞鍞顢銛飻顢鋽鯏銛魯鍞鋽鏀飻驍銛钄釘驍釘銛鐢頂鐥瑪鏀鞌飻鲾頂飻鋽鍞鞌魯钄鍞頂閿驍釘魯閿飻顢銛钄釘驍釘銛魯鍞驍閿髷魯閿銛髷飻鏀髷閿顢鞌鍨矓釘驍魯閿銛鞌鍞銛鯏魯魯閿顢髷釘顢鋽頂鯏鞌魯闉矓釘驍魯閿銛鞌鍞銛鯏魯魯閿顢髷鲾鍞驍鍞髷閿頂鯙矓鐢鐢饠鐢饠鐥瑮瑪鋽髷釘顢鋽鍞銛銛鍞顢魯驍閿銛鋽閿髷魯釘顢銛鍞髷飻鏀鞌釘魯鍞鋽鯏髷閿顢茢虜諗艛螖詳釘魯鋽閿鏀鏀鍞驍鍞顢魯鋽閿釘頂鍞魯鍞驍髷釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞髷驍飻魯釘魯閿顢髷鍞鍞鐢鐢陻鐢饤瑪鋽閿顢髷釘鞌魯釣矓鋽驍閿鞌鞌閿鍡當(dāng)詳钄鍞驍鍞髷鯏鞌魯髷髷钄飻鲾鍞鋽魯钄釘魯閿顢釘钄飻驍閿鷶飻顢魯釘鞌釘顢顢鯏鞌鯏髷髷閿顢鞌鍨矓釘驍魯閿銛鞌鍞銛鯏魯魯閿顢髷頂釘閿顢鞌閿驍釘魯鍞饠饠鐢饠鐢鶖頂鐥硹瑪魯閿飻顢鲾钄閿鞌鍞頂鯏鞌魯闉矓釘驍魯閿銛鞌鍞銛鯏魯魯閿顢髷頂閿驍釘魯鍞鋽閿顢銛驍鍞鍞顢鋽髷釘鞌魯釘魯閿飻顥當(dāng)茢飻驍魯钄鍞鐢釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞髷飻鏃禇皵項(xiàng)瘮饠鐢鐢饠釘陾硹硹瑮瑪頂閿顢釘顢錀箺皵項(xiàng)瘮頂閿顢魯钄鍞鏀閿驍髷魯髷釘鞌魯釘魯閿飻顢鋽閿髷魯釘顢銛鍞髷飻鏃禂頂頂鋽閿釘頂鍞魯鍞驍銛鯏魯魯閿顢髷鲾鍞驍鍡盀睏禇禂項(xiàng)瑪頂閿顥窏皵項(xiàng)瘮鐥硹瑫瘲盀睏箺皵頂釘顢錀睘睏禇皵頂驍鍞髷鍞銛魯閿鰯鍞鞐當(dāng)茢飻驍魯钄鍞鐢釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞飻鏃禇皵項(xiàng)瘮鏀閿驍髷魯頂閿顥睘睏禂頂頂鋽閿釘頂鍞魯鍞驍銛鯏魯魯閿顢髷饠鶖陻鐥瘲瘮髷釘鞌魯釘魯閿飻顢鋽閿髷魯釘顢銛鍞閿髼睘睏禂魯閿頂鍞髷飻鏃碁睏皵頂頂鋽閿釘頂鍞魯鍞驍銛鯏魯魯閿顢髼當(dāng)茢飻驍魯钄鍞驍飻魯釘魯閿顢髷鍞鍞鋽髷飻鏃皵驍頂閿顢釘顢錀稐皵驍鐢鐢饤瑪頂閿顢魯钄鍞魯钄閿驍鋽髷釘鞌魯釘魯閿飻顢鋽閿髷魯釘顢銛鍞髷飻鏃窞睏皵頂頂鋽閿釘頂鍞魯鍞驍銛鯏魯魯閿顢髷鲾鍞驍鍡盀睏礂硵頂釘顢錀盀睏稐矓頂驍鍞髷鍞銛魯閿鰯鍞鞌顢鋽鍞驍鐢饠鶖鯒硵魯钄鍞鐢釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞飻鏃禇皵項(xiàng)瘮頂閿顥當(dāng)茢飻驍魯钄鍞鍞銛銛鍞顢魯驍閿銛鋽閿髷魯釘顢銛鍞髷飻鏃皵頂項(xiàng)瑮睏皵頂頂釘顢錀睏禂頂項(xiàng)瑪魯钄鍞髷鍞銛飻顢鋽陻顢鋽鍞驍魯钄鍞鐢釘髷髷釘鞌魯釘魯閿飻顢鋽閿髷魯釘顢銛鍞髷飻鏃稊頂頂鋽閿釘頂鍞魯鍞驍銛鯏魯魯閿顢髷鲾鍞驍鍡盀睏禇禂項(xiàng)瑮盀睏礂磾頂釘顢錀盀睏矖笖頂驍鍞髷鍞銛魯閿鰯鍞鞌鐢饠鶖鯒硹瑮瑮瑪頂閿顥當(dāng)詳钄鍞驍鍞鏀飻驍鍞魯钄鍞鏀釘髷魯鍞驍鐢釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞魯钄鍞髷頂釘鞌鞌鍞驍鋽閿釘頂鍞魯鍞驍飻鏀銛鯏魯魯閿顢髷魯钄鍞閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞飻鏃禇皵項(xiàng)瘮陻鐢陾瑪閿髷魯釘顢銛鍞魯钄鍞鏀鯏驍魯钄鍞驍鲾飻鯏鞌鋽銛鯏魯魯閿顢髷鈹鍞驍鍞頂飻鰯鍞錀當(dāng)詳釘霐閿顢鏀釘髷魯鍞驍驍飻魯釘魯閿顢鍞鍞鋽釘顢鋽魯钄鍞髷頂釘鞌鞌鍞驍鍞銛銛鍞顢魯驍閿銛鋽鐢鐢鐢髷饤瑪頂鍞釘髷鯏驍鍞髷髷鯏銛钄釘髷閿頂驍飻鰯閿顢釘髷閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞釘驍飻驍閿釘魯鍞鞌閿顢髷魯釘鞌鞌閿顢飻鞌鍞銛鞌鍞釘顢閿顢鍞鰯閿銛鍞鏀飻驍钄飻驍閿鷶飻顢魯釘鞌饠鐢鐢陻饠饠饠鶖鐢釘钄鐢鋽鲾鍞鞌鞌釘顢鋽頂飻鋽鍞驍釘魯閿顢驍閿鞌鞌閿顢閿鍞銛飻鯏鞌鋽鈹鍞顢鍞鏀閿魯魯钄鍞钄飻鞌鍞銛鞌鍞釘顢閿顢鏀鏀閿銛閿鍞顢魯鞐當(dāng)鐢鋽鐢饠饠鐢鍞鶙粭粭粭粭粭簲鞌閿顢钄飻驍閿鷶飻顢魯釘鞌鲾鍞鞌鞌頂閿驍釘魯閿飻顢飻鏀銛鯏魯魯閿顢髷顢鯏頂鍞驍閿銛釘鞌髷閿頂鯏鞌釘魯閿飻顢釘驍魯閿銛鞌鍞髷閿鷶鍞釘髷藬鍞飻驍鋽髷釘髷鋽驍閿鞌鐢鐢鐢饠鐢鐢鶖鳁粩閿顢鍞銛魯閿飻顢驍釘魯鍞驍飻魯釘魯閿顢鍞鍞鋽陻鐢髷?/p>

暋暋氣體鉆水平井技術(shù)結(jié)合了氣體鉆井保護(hù)儲(chǔ)層和

被視為解決低壓暍低水平井?dāng)U大滲流面積的優(yōu)點(diǎn)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(huì)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(yán)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(yùn)移是該技術(shù)面臨的一棻棻棽棻棳棳棳斕旈斍斸旓斬?cái)閿釘飻菙鯏閿鞌閿顢虜閿財(cái)閿釘飻鞌閿顢虜閿脭钄鍞顢绺幕厝掌跅菏崭迦掌跅簵矖粭矖皸睏睍�棽棸棻暘棭棳作者�?jiǎn)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(chǔ)層保護(hù)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?dāng)銛飻頃�旕基金�?xiàng)目椇國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目暟氣體鉆井技術(shù)基礎(chǔ)研棬棭暟究暠編號(hào)椇和國(guó)家科技重大專項(xiàng)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(hào)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(yùn)移數(shù)值模擬研究

國(guó)內(nèi)外對(duì)氣體鉆水平井巖屑運(yùn)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(jìn)行了大量研究棳最早建立了斠棶?dāng)覘當(dāng)翑顢?/p>

斿旍椲椄椵

對(duì)空氣鉆空氣鉆井注

氣量計(jì)算模型暎此后棳斅棶?dāng)菙鯏飾蹢箺輳V椲棻棻椵暍張雅春椲棻棽

椵等人對(duì)斠棶?dāng)覘當(dāng)翑顢鍞鞎⑼鯉r椲棻棸

椵旂模型進(jìn)行暍袁了完兆善和修正棳提高了氣體鉆水平井注氣量計(jì)算模型的

準(zhǔn)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(dòng)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(jì)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(yùn)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(chǎng)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(yùn)移暎萬里平等人椲棻椀椵分析了氣體鉆井水平段擴(kuò)徑處的環(huán)空流場(chǎng)棳認(rèn)為井徑擴(kuò)大率越大棳擴(kuò)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?dāng)臄?shù)值模擬軟件棳

分析了超臨界二氧時(shí)流體密度和黏度對(duì)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(duì)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(yùn)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(dòng)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(duì)氣體鉆水平井時(shí)巖屑運(yùn)移特征方面的研究還相對(duì)缺乏暎因此棳筆者采用粒巖屑和巖屑顆粒群的運(yùn)移進(jìn)行了模擬斊斕斦斉斘斣軟件棳

對(duì)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(yùn)移特征暎暋氣體鉆水平井巖屑運(yùn)移機(jī)理

灡棻暋氣體鉆水平井巖屑運(yùn)移的特殊性

由于巖屑受力的不同棳水平井?dāng)y巖規(guī)律與直井?dāng)y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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jìn)行二次破碎或多次破碎棳達(dá)到運(yùn)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(jìn)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(yùn)移對(duì)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(yùn)移形式

單顆粒巖屑在水平段運(yùn)移過程中主要受到重力暍浮力暍氣動(dòng)阻力暍壓強(qiáng)梯度暍附加質(zhì)量力暍力暍巖屑受到的動(dòng)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(shí)棳即開始起動(dòng)運(yùn)移暎棳斿當(dāng)旚

氣

體鉆水平井過程中棳巖屑運(yùn)移形式主要有蠕移暍躍移和懸移用相對(duì)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(dòng)力作棳沿下井壁平行滑動(dòng)或者滾動(dòng)的運(yùn)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(yùn)移暎懸移是指巖屑受到的升力大于重力時(shí)棳以懸浮的形式在水平段環(huán)空運(yùn)移暎