不同丰度条件下天然气水合物层钻水平井固相运移规律数值模拟

摘要

在不同丰度天然气水合层钻水平井过程中,天然气水合物颗粒和岩屑颗粒一起在井底水平段内随钻井液一起流动,由于在井底水平段内运动时温度和压力变化不大,所以天然气水合物颗粒在水平段内分解量较小.液固复杂多相流动特别是固相运移规律是天然气水合物层钻井水平段岩屑运移的科学核心.为此,本文分析水平井多相流条件下的岩屑受力与运移规律及颗粒运移理论,建立了考虑水合物凝聚力条件下水平段岩屑滚动(正常钻进)和跃移(停泵沉砂)时钻井液临界返速模型.通过对水合物藏钻屑颗粒滚动起动影响因素数值模拟得到:随着水合物丰度的增大,起动临界流速降低,考虑水合物凝聚力条件下的水合物藏钻屑颗粒起动临界流速比不考虑条件下的高,且水合物丰度越高,影响越明显;水合物丰度低于85％时,随着水合物藏钻屑颗粒粒径的增大,起动临界流速增大;水合物丰度约大于85％时,随着水合物藏钻屑颗粒粒径的增大,起动临界流速减小;随着钻井液密度的增大,起动临界流速减小;随着钻井液黏度的增大,起动临界流速减小.在该研究基础上,本文提出在正常钻进条件下应考虑滚动模型而停泵沉砂后再循环应考虑跃移模型的工艺思路.研究所得到的岩屑动态运移规律认识对于优化钻井施工参数以及降低钻井安全风险均有着积极意义.