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在大斜度井和水平井钻进过程中,钻井液携岩问题一直是钻井工作者非常关心的问题之一。钻井液携岩效果的好坏,关系到环空岩屑床形成与否及厚度大小,易引发井下复杂情况及井下事故,并可能对后续作业产生严重影响。
本文在分析钻井液倾斜偏心环空螺旋流动规律的基础上,对斜井段和水平井段环空岩屑运移规律和环空岩屑传输理论模型进行研究,所做的主要工作及取得的主要成果有以下方面:
1、对钻井液偏心环空螺旋流动规律进行了分析:建立了圆柱坐标系下的钻井液倾斜偏心环空螺旋流动模型,采用数值计算方法,分析了该流动状态下的视粘度、速度、流量及压力梯度分布规律,并对影响钻井液偏心环空流动状态的因素及其影响规律进行了分析,为环空岩屑运移规律的分析提供理论基础。
2、对环空内岩屑颗粒的起动、运移、沉降等规律进行了分析,并分析了轴向流和螺旋流携岩机理,建立了水平床面和大斜度床面岩屑颗粒起动条件判别式。
3、对于大斜度井和水平井,建立了斜井段和水平井段环空岩屑传输理论模型。对于斜井段,采用悬浮层-运动床层双层模式,考虑各层力的作用关系,建立适合该井段的岩屑传输理论模型;对于水平井段,采用悬浮层-固定床层双层模式,考虑岩屑颗粒的紊动扩散机理,建立适合该井段的岩屑传输理论模型。
4、对大斜度井和水平井环空岩屑传输理论模型进行了现场应用,采用安全环空返速和临界最小排量来评价斜井段和水平井段环空钻井液携岩效果;对钻进排量给出优选取值区间,供现场参考。
通过上述研究,形成了一种评价环空钻井液携岩效果的理论和方法,对现场评价环空清洗效果有一定的指导作用。