论文摘要
造斜段岩屑在重力作用下易沉积下井壁形成岩屑床,岩屑床的存在给钻井施工带来诸多安全问题,这些问题包括:高摩阻和扭矩、卡钻、憋泵、粘附卡钻、不能有效将钻压传至钻头、不能解释井的方向变化、钻井液漏入产层而影响最终采收率、钻进缓慢甚至阻塞井眼造成井眼报废。所以,造斜段岩屑运移是保证钻井施工安全及提高固井质量的关键。造斜段由于井眼弯曲的影响,钻具偏向下井壁,钻具旋转改变了环空宽窄间隙处的流场分布,增大了环空钻井液的紊流度,使处于岩屑床表面的岩屑被搅动起来,随着钻具旋转的方向运移,将其带到环空高流速区,增大了岩屑被上返的钻井液带到井口的概率。因此,研究钻具旋转对造斜段岩屑运移的影响对携岩理论及工程实际有着重要的意义。本文通过对环空流体力学分析建立了考虑钻柱旋转作用下环空流场的周向速度分布模型;通过固-液两相流理论对岩屑颗粒进行受力分析,根据岩屑运移的启动条件及悬浮条件分别建立考虑钻具旋转影响的岩屑颗粒翻滚、上升、滑移和悬浮的临界启动速度模型,分析钻具旋转对岩屑临界启动速度的影响规律,通过计算发现:在150RPM下,宽间隙处最大影响率为38%,窄间隙处最大影响率为47%;最后根据岩屑临界启动速度模型,考虑钻具旋转作用对偏心环空不同间隙处岩屑启动与运移规律的影响,真实的描述了岩屑在环空中不同位置处的运动状态,提出了评价井眼清洗效果的新方法。