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不同流态的顶替效率的数值模拟研究

李娟  
【摘要】: 随着适油勘探开发的逐渐进行,特殊工艺井越来越多,不仅给钻井带来挑战,而且对固井质量也提出更高的要求。固井顶替效率的高低直接影响了固井质量的好坏,进而影响到油井的寿命和开采效果。影响顶替效率的因素很多,但这方面的研究还不全面。因此,研究不同条件下,不同流态和浆体性能参数对顶替效率的影响至关重要。 本文依据井内情况的复杂多变性,研究了在不同井型(包括直井、水平井和定向井)下比较了不同流态(塞流、层流、湍流)的非牛顿流体(水泥浆、隔离液、钻井液)的性能对顶替效率的影响,得到塞流和湍流的顶替效率明显大于层流下的顶替效率,且不同流态下的顶替效率随流体性能参数变化的规律是类似的,流态对顶替效率的影响大于流体性能对顶替效率的影响等结论,确定了最高的顶替效率对应的浆体性能(即钻井液以及水泥浆的粘度、动切力、稠度系数和流性指数)。同时研究了考虑环空间隙、井壁粗糙度、套管偏心、井径变化等因素,研究了不同井眼条件对顶替效率的影响规律,研究表明,顶替效率随着环空间隙的减小而降低,井壁越粗糙则顶替效率越差,顶替效率随着套管偏心度的增大而降低,糖葫芦井眼条件无法替净钻井液,其顶替效率差。另外,为了解决湍流流态条件下,研究参数无法直接输入模拟软件的问题,对顶替湍流模型进行了修正;并通过模拟研究,建立了钻井液和水泥浆两者之间的数学模型。本文的研究为提高顶替效率及固井质量具有一定指导意义。


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