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第卷第期北京化工大学学报自然科学版...
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粒子冲击钻井中液体携带粒子环空返流试验研究
马振中。张杨温林荣
.北京化工大学机电工程学院,北京;
.中国石化集团公司胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营
摘要:为了研究粒子冲击钻井系统中钻井液携带硬质球形钢粒子成功上返时,钻杆与井筒配合的不同环空间隙
对钻井液临界流速的影响,本文采用清水代替钻井液进行了相关的试验。通过试验测得所需数据,借助量纲分析
理论推导出试验相关因素之间关系,并结合试验数据提出了. 的粒子在水中的体积分数为%的情况下,能
够成功上返时环空间隙和清水临界流速的经验公式.△。结果表明随着钻杆与井简配合
的环空间隙的增大,粒子成功上返时所需的环空中清水临界流速反而减小,且相应的临界粒子雷诺数也减小。
关键词:粒子冲击钻井;环空间隙;临界流速;量纲分析
中图分类号:
究尚属空白。
引言
粒子冲击钻井系统的返流问题与常规钻井的主
粒子冲击钻井技术¨是专门为解决深井硬质要区别在于钻井液携带粒子环空返流情况。粒子冲
地层油气开采而设计的一种新型钻井技术。在粒子击钻井中钻井液携带粒子环空返流受钻杆与井筒配
冲击钻井系统中,钻井液携带一定体积含量的硬合的环形空间、钻井液黏度、粒子粒径和钻井液中粒
质球形钢粒子后简称“粒子”到达井底,粒子完成子体积分数等多方面因素的影响,本文主要研究了
冲击地层的工作后,钻井液会从井底携带粒子及岩垂直井筒中不同环形空间对钻井液携带粒子返流流
屑返回到地面。在整个工作过程中,如何确定合适速的影响。
的钻井液流速对于粒子和岩屑顺利返回地面具有重粒子环空返流计算模型
要意义。
从流体力学角度来讲,上述问题应属液固两相. 钻井液携带粒子环空返流过程
流环空流动问题。国外最先研究了垂直井筒环空内在粒子冲击钻井系统中,钻井液携带一定体积
分数的粒子工作的整个过程可以分成两个阶段:一
泥浆流动情况,推导出岩屑在井内泥浆的下滑速度
是钻井液携带粒子由钻杆到达井筒底部,二是钻井
计算公式,提出了用最小环空返速携带岩屑的
液携带粒子由井底返回地面。为了能够正确反映上
思想。在此基础上,国内一些学者通过实验求出垂
述物理现象中各变量之间的关系,建立准确的物理
直井筒井液携砂能力计算模型和特定工况下的
模型,故采用量纲分析方法来确定粒子环空返流计
最小携砂速度计算公式,并且通过对比环空返速
算模型。图是钻井液携带粒子环空返流图。
确定合理的携岩返速,同时还进一步研究了大斜
度井和水平井段下钻井液携带岩屑环空流动
的情况。但是上述研究都仅仅是针对常规钻井中钻
井液携带岩屑环空返流情况而言,对于粒子冲击钻
井系统中钻井液携带粒子及岩屑环空返流问题的研
收稿日期:——
基金项目:国家“”计划
第一作者:男,年生,硕士生一筛网;一钻杆;一井筒;一钻井液;一储液桶
通讯联系人图钻井液携带粒子返流图
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北京化工大学学报自然科学版
. 钻井液携带粒子由钻杆到达井底量纲分析一/;为井筒内径,:为钻杆外径;其他
如图所示,钻杆出口到井筒底的距离会存在控制参数:粒子的体积分数单位时间内进入钻井
一个特征高度即假设钻杆出口到井筒底距离无液中粒子体积