常规钻井螺旋扶正器携岩举升数值计算研究

2 0 1 0在 第 4 卷 · 第 5 期 天 然 气 技 术 Na t u r a l Ga s T e c h n o l o g y Vo 1 ． 4． No． 5 0c t ． 2 0 1 0 d o i ：1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 6 7 3 —9 0 3 5 ． 2 0 1 0 ． 0 5 ． 0 1 5 常规钻井螺旋扶正器携岩举升数值计算研究 陈正茂 熊继有 ( 1 ． 西南石油大学 ，四川 成都 6 1 0 5 0 0 ；2 ． 西华师范大学管理学 院， 四川 南充 6 3 7 0 0 2 ) 摘 要 在常规钻井 中， 螺 旋扶 正器随钻柱 高速旋转 ， 钻 井液通过螺旋扶 正器时 ，螺旋扶正 器产 生的强烈旋 流必然会对钻 井液携 带岩屑举升 能力产 生不 同程度的影响。以 多相流理论 为基础 ，建立三维流体动力学模型 ，并 采用有限体积 法对该模 型进行计 算，定量评价 了螺旋扶正器的携带岩屑举升 能力。计算 结果表明 ，入 口岩屑的上 返初 始浓度对携 带岩屑举升 能力影响较 大，随 着初始岩屑浓度的增加 ，出 口 岩屑最快上返速度相应加快 ；颗粒直 径越 大，螺旋扶正 器产生的强烈旋流携带效果越 明显 。 关键词 常规钻井 携带岩属举升 螺旋扶正嚣 数值计算 中图分类号 ：T E 8 2 1 文献标识码 ： A 文章编号 ：1 6 7 3 — 9 0 3 5 ( 2 0 1 0 1 0 5 — 0 0 4 4 — 0 3 O 引言 常规钻井 中，大量岩屑颗粒 流经螺旋扶正 器 ， 螺旋扶正器的携带岩屑举升效果 的好坏直接影响着 钻井速度 。如果举升效果较差 ，大颗粒岩屑将会滞 留在井底 ，造成钻头牙齿重复切削 ，反之 ，将有利 于举升井底岩屑 ，加快岩屑 向井 口运移的速度。国 内外学者对空气钻井中的岩屑运移机理进行 了大量研 究n ，但很少涉及到常规钻井旋流对岩屑举升的影 响，仅有少数文献对螺旋扶正器的环空压降和流动 规律进行 了初 步研究 。笔者 以多相流理论为基 础 ，建立三维流体动力学模型 ，对螺旋扶正器的携 带岩屑举升能力进行数值分析 ，并研究不 同岩屑颗 粒群 流经螺旋 扶正器 时的速度 、浓度分 布变化 规 律 ，以及颗粒直径对螺旋扶正器携岩能力的影响 。 笔者得出的数值计算方法及研究成果对常规钻井中 螺旋扶正器的设计具有一定的指导意义。 l 螺旋扶正器的携岩举升力学模型与边界条件 钻头牙齿切削岩石产生大量岩屑后 ，随钻井液 ......