針對(duì)常規(guī)返砂管道無法滿足反循環(huán)鉆井技術(shù)返砂要求的問題,采用耐沖軟管與排砂硬管相結(jié)合的方式,提出了兩種新型返砂導(dǎo)流管道方案——U形線方案和懸鏈線方案。建立了懸鏈線及U形線的返砂導(dǎo)流管道數(shù)學(xué)模型,采用Fluent軟件對(duì)管道整體特別是T形接頭處進(jìn)行流動(dòng)及沖刷腐蝕模擬。根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)選出懸鏈線方案,并且研究了相關(guān)配套設(shè)備,給出完整的返砂系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在樂安油田選取一口試驗(yàn)井進(jìn)行了5 d的反循環(huán)鉆井試驗(yàn),試驗(yàn)中,返砂效率接近92. 53%,起鉆后井底基本無沉砂。研究結(jié)果可為雙壁鉆桿反循環(huán)鉆井技術(shù)的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。 

【文章來源】：石油機(jī)械. 2020,48(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

U形線返砂導(dǎo)流管線T形接頭網(wǎng)格劃分

氣體的工作壓力為70 k Pa，入口流量為30m3/min，入口流速為19 m/s，質(zhì)量流量為0.600 5kg/s。分別對(duì)粒徑1、6和10 mm砂子的管內(nèi)流動(dòng)、接頭沖蝕磨損情況以及能否從井底返砂情況進(jìn)行分析模擬。忽略含水量，井眼直徑為444.5 mm，砂子密度為2 100 kg/m3。采用k-ε兩方程湍流模型和雙精度格式計(jì)算空氣流場(chǎng)。壓力場(chǎng)與速度場(chǎng)采用Simple耦合方法。速度場(chǎng)采用一階迎風(fēng)格式迭代，收斂后設(shè)置二階迎風(fēng)格式迭代。流道模型迭代計(jì)算到940次左右達(dá)到收斂條件，計(jì)算殘差如圖3所示。1.1.4 流動(dòng)數(shù)值模擬

在流量30 m3/min的情況下，計(jì)算得整個(gè)U形線返砂導(dǎo)流管線壓降為18.961 kPa。通過對(duì)不同網(wǎng)格精度下的導(dǎo)流管線進(jìn)行模擬，其壓降均控制在18 k Pa左右，證明網(wǎng)格劃分符合計(jì)算模擬要求。流動(dòng)速度模型結(jié)果如圖4所示。從圖4a可知，U形線返砂導(dǎo)流管線中的流速變化不大，微小波動(dòng)也基本在T形接頭處。因此，針對(duì)T形接頭處的模擬流動(dòng)情況進(jìn)行觀察，該處流速如圖4b所示。從圖4b可見，流速在兩個(gè)彎頭處有劇烈變化。流體流經(jīng)彎頭發(fā)生了明顯的流動(dòng)分離:轉(zhuǎn)向外側(cè)壁面附近為高速區(qū)，流體流速可達(dá)15～16 m/s，在彎頭聯(lián)通接頭處并未發(fā)現(xiàn)明顯的大漩渦，但是在雙T形彎頭的封閉口有明顯的漩渦，但其流速較低。通過流速模擬分析，在雙T形彎頭封閉口處的三維漩渦區(qū)由于慣性將會(huì)有砂粒流入，砂礫在漩渦的作用下會(huì)對(duì)壁面產(chǎn)生持續(xù)磨損。在流速較高的高速區(qū)(圖4b中紅色橢圓指示區(qū))將產(chǎn)生劇烈的壁面磨損。由于砂粒的慣性較大，具體磨損位置和流場(chǎng)的高速區(qū)會(huì)略有偏移。

【參考文獻(xiàn)】：
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