基于漂移流动模型的水平井岩屑床高度瞬态计算新方法

摘要

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。