环空幂律液体旋流研究与应用

摘要

在油气井固井注水泥顶替技术中,多用一维轴向流顶替方式进行顶替.该顶替方式理论与实践证明不能有效替净环空被顶替液.轴向流顶替存在的最主要的缺点是顶替液对近井壁区的驱动能力弱,对边壁的高粘附钻井液及虚滤饼清除效果差,造成二界面附近难以被替净;对于变径、不规则环空流道,由于存在涡流而滞留的钻井液,轴向流顶替效果更差.而通过使用旋流扶正器不但可以提高套管居中度,而且可以改变液体流速剖面,产生螺旋流,从而增加周向剪切驱动力,这有利于将环空窄间隙钻井液和井壁附着虚滤饼驱替干净,从而提高水泥与地层的胶结质量,提高固井质量.为此,研究了旋流扶正器作用下形成的环空幂律液体螺旋流边壁剪切应力,提出了旋流扶正器安放间距设计的新理念,即根据旋流周向剪切驱动力与近壁滞留钻井液粘滞阻力相平衡的原则确定旋流扶正器安装位置.推导出了旋流扶正器安放间距设计理论公式,该公式简单,利于现场施工应用.