固井質(zhì)量相關(guān)影響因素的數(shù)值模擬.pdf

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1、高彬(長(zhǎng)慶油田第十采油廠，陜西西安710021)摘要：固井作業(yè)如果出現(xiàn)失誤一般難以補(bǔ)救，易造成一定經(jīng)濟(jì)損失?；诠叹畬?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)固井頂替過程的數(shù)值模擬，找出了影響固井質(zhì)量的主要因素，提出了通過采用降低水泥漿流性指數(shù)和加強(qiáng)過程監(jiān)督管理等措施提高固井質(zhì)量，以供設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考。關(guān)鍵詞：固井質(zhì)量；水泥漿；數(shù)值模擬影響固井質(zhì)量的因素多，涉及到與固井作業(yè)相關(guān)的各個(gè)環(huán)節(jié)，本文根據(jù)固井作業(yè)所涉及的對(duì)象和固井作業(yè)的工藝流程對(duì)影響固井質(zhì)量的因素進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過數(shù)據(jù)分析，得出了一些規(guī)律性東西，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)計(jì)有重要意義，對(duì)提高固井質(zhì)量有實(shí)際

2、用處。1數(shù)值模擬本文應(yīng)用Fluent軟件對(duì)水平井頂替進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，采用100米長(zhǎng)的物理模型，應(yīng)用大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，其中頂替液為水泥漿，被頂替液為鉆井液，系統(tǒng)研究不同水泥漿流變參數(shù)對(duì)頂替效率的影響，為水泥漿流變參數(shù)的優(yōu)選提供了參考。流變模式的合理選擇是優(yōu)化水泥漿配方設(shè)計(jì)的前提，目前國(guó)內(nèi)外普遍選擇賓漢流變模式和冪律流變模式來描述水泥漿的流變性能。油氣井注水泥時(shí)，由賓漢塑性流體模型和冪律模型進(jìn)行水力學(xué)計(jì)算的結(jié)果都相當(dāng)接近，但冪律模型更為精確，所以本文水泥漿使用冪律流變模式，鉆井液則使用賓漢流變模式?；谙嚓P(guān)物理模型和數(shù)學(xué)模型進(jìn)

3、行數(shù)值實(shí)驗(yàn)，水泥漿頂替鉆井液為正密度差條件下之間的液液兩相流動(dòng)，在寬窄邊效應(yīng)、重力作用、質(zhì)量擴(kuò)散等多種因素耦合影響下，表現(xiàn)出特有的頂替界面特征。在鉆井液的塑性粘度、動(dòng)切力及水泥漿稠度系數(shù)已知的情況下，模擬水泥漿流性指數(shù)對(duì)頂替過程的影響，具體參數(shù)值如表l?；诒韑的水泥漿和鉆井液各項(xiàng)參數(shù)，在數(shù)值實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上獲得有效數(shù)據(jù)的頂替時(shí)間段(50s-250s)，水泥漿流性指數(shù)對(duì)頂替效率的影響見圖3。由圖3可知：在各項(xiàng)固井施工參數(shù)與模擬參數(shù)基本一致的情況下，當(dāng)水泥漿流性指數(shù)小于0．5時(shí)，頂替效率隨著流性指數(shù)的增加而增高；當(dāng)水泥漿流性

4、指數(shù)大于0．5時(shí)，頂替效率隨著流性指數(shù)的增加而略微降低。因此可以得出，在水泥漿頂替過程中，當(dāng)流性指數(shù)大于0．5時(shí)，獲得較高的頂替效率。00礙”51．—————————————一薹?0———=二=二=二=善o75]——————————一。。。4————．．—————．．————．————、—————，一5010015020o項(xiàng)替時(shí)間(s)圖1水泥漿流性指數(shù)對(duì)頂替效率的影響2認(rèn)識(shí)和建議(1)數(shù)值模擬方法為水平井固井質(zhì)量提供了有效的研究手段，能夠從理論上得出有效地研究固井質(zhì)量影響因素問題。(2)合理選擇了頂替過程中水泥漿和鉆井液的流

5、變模式，采用了較長(zhǎng)模型即100米長(zhǎng)水平井物理模型進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。(3)本文計(jì)算條件下，水泥漿流性指數(shù)在0．5前后頂替效率規(guī)律發(fā)生反轉(zhuǎn)，所以將流變參數(shù)控制在合理范圍內(nèi)能夠獲得較高的頂替效率。(4)通過研究不同水泥漿流性指數(shù)對(duì)環(huán)控頂替效率的影響規(guī)律，可以為工程上合理優(yōu)選水泥漿流變參數(shù)以提高頂替效率提供理論依據(jù)，對(duì)固井質(zhì)量因素的研究提供一個(gè)大的方向。表1模擬水泥漿流性指數(shù)對(duì)頂替過程影響頂替液密度(kg／m3)流性指數(shù)稠度系數(shù)(Pa·so)水泥漿19000．2，0．3，0．4，0．5，0．6，0．70．6被頂替液密度(kg／

6、m’)塑性粘度(Pa·s)動(dòng)切力(Pa)鉆井液1300O．0220154I化，彳群2016年5月一窖：∞¨∞∞盯三二三