2005年　第29卷　　　　　　　　　石油大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　Vol.29　No.5　第5期　　　　　　　　JournaloftheUniversityofPetroleum,China　　　　　　　　Oct.2005

　　文章编号:100025870(2005)0520042204

斜直井段和水平井段中环空岩屑运移机理的研究

龙芝辉,汪志明,郭晓乐

(中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249)

摘要:以岩屑颗粒单元为研究对象,通过分析偏心环空各区域中岩屑颗粒的主要受力,预测岩屑颗粒的运移趋势。通过数值计算,分析了在流核区和速梯区中井斜角、岩屑直径、钻井液返速等对岩屑运移的影响,以及静岩屑床面岩屑运移的基本条件及主要影响因素,对钻进中旋转钻柱能提高岩屑运移行程的机理给出了合理的解释。研究结果表明,增大钻井液返速和保持钻井中钻柱旋转是避免岩屑下滑的主要措施;在斜井段及水平井段中钻柱不旋转,环空岩屑的运移主要靠动岩屑床的作用;增大静岩屑床面液流边界层的速度梯度有助于减小静岩屑床厚度。关键词:斜直井;水平井;偏心环空;岩屑床;运移机理中图分类号:TE21　　　文献标识码:A

Transportduring

drilling

GZhi2hui,WANGZhi2ming,GUOXiao2le

(FacultyofPetroleumEngineeringinChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Abstract:Anewapproachwaspresentedtopredictthecuttingstransportbychoosingacuttingscellasstudyingobjectandanalyzingtheforcesactingonaparticleindifferentareasofeccentricannulus.Theeffectsofdeviatedangleofthewellandparticlediameter,annularslurryvelocityoncuttingstransportwereanalyzedbynumericalmethod.Thebasicconditionsandthemainaffectingfactorsonthetransportofcuttingsontheuppermostlayerofthestationarycuttingsbedwerede2scribed,andthemechanismofbetterholecleaningbyrotatingpipewasinterpretedreasonably.Theresultsshowthatin2creasingthereturnvelocityofdrillingfluidandkeepingdrillstringrotatingarethemeasurestoeliminatecuttingsslip.Thecuttingstransportmainlydependsonthemovingbedinhorizontalanddeviatedwellsegmentswithoutthepiperotating,theheightofcuttingsbeddeclineswiththeincreaseofvelocitygradientofthefluidinattach2layeruponthestationarybed.Keywords:deviatedwell;horizontalwell;eccentricannulus;cuttingsbed;transportmechanism

　　在钻井过程中,钻井液沿环空上返流动的主要作用是运移岩屑。近20年来,各钻井公司进行斜井和水平井钻井的数量逐年增多,如何保证井眼环空净化,一直是制约斜井和水平井钻井的一个难题。国内外学者在这方面做过大量工作,较多的是实验研究[1-3],这些研究对指导现场施工起到很大作用。在岩屑运移的理论研究方面,以液固两相流为基础的理论模型也在不断发展[4-7]。笔者取单个岩屑单元为研究对象,通过分析偏心环空各区域中岩屑单元的主要受力情况,预测岩屑单元的运移趋势。

收稿日期:2004-12-29

基金项目:国家自然科学基金项目(50274053)

1　偏心环空截面

在钻具入井过程中,直井眼段钻柱的偏心情况不确定,一旦钻柱进入斜井或水平井段,由于重力作用,钻头、钻铤和钻杆都会贴在井筒的下侧向下滑入,钻头会破坏井筒下侧原已存在的岩屑床,直到钻头到达井底。在井下动力钻进中,斜井眼和水平井眼段易形成岩屑床,井筒截面如图1所示。图中,r1为钻具外半径;r2为井眼半径;e为井眼轴线与钻具轴线间距;hs为岩屑床厚度。

作者简介:龙芝辉(1963-),男(侗族),贵州凯里人,副教授,博士研究生,从事油气井工程专业的教学及科研工作。