反循环钻井技术返砂导流线设计及适应性分析

发布时间：2021-06-16 17:27

　　针对常规返砂管道无法满足反循环钻井技术返砂要求的问题,采用耐冲软管与排砂硬管相结合的方式,提出了两种新型返砂导流管道方案——U形线方案和悬链线方案。建立了悬链线及U形线的返砂导流管道数学模型,采用Fluent软件对管道整体特别是T形接头处进行流动及冲刷腐蚀模拟。根据模拟结果优选出悬链线方案,并且研究了相关配套设备,给出完整的返砂系统优化设计。在乐安油田选取一口试验井进行了5 d的反循环钻井试验,试验中,返砂效率接近92. 53%,起钻后井底基本无沉砂。研究结果可为双壁钻杆反循环钻井技术的应用提供理论指导。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(03)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

U形线返砂导流管线T形接头网格划分

气体的工作压力为70 k Pa，入口流量为30m3/min，入口流速为19 m/s，质量流量为0.600 5kg/s。分别对粒径1、6和10 mm砂子的管内流动、接头冲蚀磨损情况以及能否从井底返砂情况进行分析模拟。忽略含水量，井眼直径为444.5 mm，砂子密度为2 100 kg/m3。采用k-ε两方程湍流模型和双精度格式计算空气流场。压力场与速度场采用Simple耦合方法。速度场采用一阶迎风格式迭代，收敛后设置二阶迎风格式迭代。流道模型迭代计算到940次左右达到收敛条件，计算残差如图3所示。1.1.4 流动数值模拟

在流量30 m3/min的情况下，计算得整个U形线返砂导流管线压降为18.961 kPa。通过对不同网格精度下的导流管线进行模拟，其压降均控制在18 k Pa左右，证明网格划分符合计算模拟要求。流动速度模型结果如图4所示。从图4a可知，U形线返砂导流管线中的流速变化不大，微小波动也基本在T形接头处。因此，针对T形接头处的模拟流动情况进行观察，该处流速如图4b所示。从图4b可见，流速在两个弯头处有剧烈变化。流体流经弯头发生了明显的流动分离:转向外侧壁面附近为高速区，流体流速可达15～16 m/s，在弯头联通接头处并未发现明显的大漩涡，但是在双T形弯头的封闭口有明显的漩涡，但其流速较低。通过流速模拟分析，在双T形弯头封闭口处的三维漩涡区由于惯性将会有砂粒流入，砂砾在漩涡的作用下会对壁面产生持续磨损。在流速较高的高速区(图4b中红色椭圆指示区)将产生剧烈的壁面磨损。由于砂粒的惯性较大，具体磨损位置和流场的高速区会略有偏移。

【参考文献】：
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本文编号：3233488