考虑钻柱偏心的小井眼水平井岩屑运移规律分析

摘要

小井眼水平井环空窄，岩屑运移模式与常规水平井存在显著差异。为探究小井眼水平井的岩屑运移规律，建立了基于钻柱偏心与计算流体动力学（CFD）的环空固-液两相流数值模型，研究分析了排量、钻杆转速、井斜角以及钻井液性能等关键因素对小井眼水平井中岩屑运移的影响。研究结果表明，提高钻杆旋转速度能够增强环空流体的切向和轴向速度，扩大“黏性耦合”区域，从而促进岩屑从环空下侧向上侧运动，提高岩屑运移效率。在小井眼环空中存在“临界旋转速度”和“临界排量”，当两者均低于临界数值时，在高度倾斜段岩屑运移最为困难；当两者均高于临界数值时，在水平段岩屑运移更为困难。提高钻井液密度能够增强岩屑的浮力，减少岩屑沉积。钻井液流变参数对井眼清洁效率的影响呈现非线性趋势，在不同排量和钻杆旋转速度下存在最佳性能范围。研究成果为小井眼水平井水力参数优化、防止钻柱卡钻提供理论支持。

关键词

CFD模拟 / 小井眼水平井 / 岩屑运移 / 两相流

基金资助

国家自然科学基金青年基金“深层煤岩气水平井井壁失稳机理研究”（52404015）; 中国石油天然气股份有限公司战略合作科技专项“准噶尔盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究”（ZLZX2020-01-01）;中国石油天然气股份有限公司科技项目“深地煤岩气优快钻完井技术研究”（2023ZZ18YJ05）