水平环空螺旋流携砂流动规律实验研究

发布时间：2018-08-05 12:34

【摘要】：在以水平井为主的疏松砂岩油藏钻井过程中,产生的大量岩屑颗粒严重影响钻井作业,甚至引起安全事故,因此钻井作业过程中钻井液携岩问题尤为重要,针对此种情况,本文对水平井环空螺旋流携砂流动规律进行了实验研究,为钻井作业提供相关的技术支持。本文应用PIV(Particle Image Velocimetry)粒子测速技术进行室内实验研究,建立水平环空旋流携砂实验模型,实验将PIV测速速技术与水平环空螺旋流实验模型相结合,能够直观、可视化的观测到螺旋流场中岩屑颗粒的运移和岩屑床的发展规律,并能够实时监测螺旋流场速度分布情况。文中主要通过对岩屑的受力分析,得出岩屑颗粒在环空螺旋流场中的受力特点,并通过分析PIV实验得出的环空螺旋流场速度云图、矢量图、流线图以及管道监测压力,得出环空模型中环空流量、流体粘度、钻杆转速及钻杆偏心对环空螺旋流场速度分布、岩屑颗粒运移、岩屑床的发展及环空压耗的影响规律,环空流量、钻杆转速、流体粘度增加能够有效提高岩屑携带率,而当环空流量增加到1.8m3/h后,环空流量对携砂率的影响起主导作用,因此本文采用PIV粒子测速技术与水平环空旋流管道实验模型相结合的方法对环空螺旋流流动规律的研究具有可行性,并且获取的实验数据能够为现场作业提供有效的数据支持,对实际工作具有指导意义。
[Abstract]:In the drilling process of loose sandstone reservoirs with horizontal wells, a large number of cuttings produced seriously affect drilling operations and even lead to safety accidents. Therefore, the problem of drilling fluid carrying during drilling operations is particularly important. In this paper, the rule of sand carrying flow in annular annulus in horizontal well is studied experimentally, which provides relevant technical support for drilling operation. In this paper, PIV (Particle Image Velocimetry) particle velocimetry is used to conduct laboratory experiments, and a horizontal annular swirl sand carrying experimental model is established. The combination of PIV velocimetry technique and horizontal annular helical flow experimental model can be intuitionistic. The movement of cuttings in the helical flow field and the development law of the cuttings bed are observed visually, and the velocity distribution of the helical flow field can be monitored in real time. Based on the stress analysis of cuttings, the stress characteristics of cuttings in the helical flow field of annulus are obtained, and the velocity cloud diagram, vector diagram, streamline diagram and monitoring pressure of the annular helical flow field obtained by PIV experiment are analyzed. The results show that the annular air flow rate, fluid viscosity, drilling pipe speed and eccentricity influence the velocity distribution of helical flow field, the movement of cuttings, the development of cuttings bed and the influence of annular air pressure loss, annulus flow rate, drilling pipe speed, etc. The increase of fluid viscosity can effectively improve the cuttings carrying rate, but when the annular flow rate increases to 1.8m3/h, the influence of annulus flow rate on sand carrying rate plays a leading role. Therefore, the method of PIV particle velocity measurement combined with the experimental model of horizontal annular swirl pipe is feasible to study the flow law of helical flow in annulus, and the obtained experimental data can provide effective data support for field operation. It is of guiding significance to the practical work.
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE358.1

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本文编号：2165810