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1、固井環(huán)空水泥漿頂替流動(dòng)機(jī)理探究 摘要：頂替效率是影響固井質(zhì)量的重要因素，頂替過程中能否將殘余泥漿完全頂替對(duì)固井質(zhì)量有重要的影響，為了更好地了解和掌握水泥漿頂替效率降低而引起地下竄槽對(duì)粘砂套管固井質(zhì)量的影響，從粗糙表面套管井的水泥漿的頂替效率角度出發(fā)，開展了粘砂套管頂替效率的理論與實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證粘砂套管影響固井質(zhì)量程度。Abstract：Substitutionefficiencyisanimportantfactorofcementingquality.Whethercanreplacetheresi
2、dualmudcompletelyhasanimportantinfluenceonthecementingqualityduringtheprocessofsubstitution.Forabetterunderstandandmasteroftheinfluenceofadhesionsandcasingcementingqualitywhendecreasingthesubstitutionefficiencyofcementpasteduetoundergroundchanneling，wedev
3、elopthetheoreticalandexperimentalresearchoftheadhesionsandcasingsubstitutionefficiencytoprovetheeffectdegreeofcementingqualitybytheadhesionsandcasingfromthepointofsubstitutionefficiencyofroughsurfacecasingwellssementpaste.5關(guān)鍵詞：固井質(zhì)量；頂替效率；水泥漿；流體流動(dòng)Keywords：c
4、ementingquality；substitutionefficiency；cementpaste；fluid-flow中圖分類號(hào)：TE256文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2013）20-0070-020引言固井質(zhì)量的好壞直接影響到完成后續(xù)工藝的效果，影響油井原油采收率。為了獲得高質(zhì)量的固井作業(yè)，水泥漿頂替效率和界面的膠結(jié)強(qiáng)度是兩個(gè)非常重要的因素。為此，人們一方面對(duì)注水泥的頂替機(jī)理研究作了很多的工作，試圖找出影響水泥漿頂替效率的各種因素以及它們之間關(guān)系。以保證注水泥井段的環(huán)形空間中鉆井液應(yīng)
5、全部被水泥漿頂替干凈，無竄槽現(xiàn)象存在。G.C.Howard和J.B.Clark進(jìn)行了注水泥頂替模擬試驗(yàn)，首先認(rèn)識(shí)了泥漿性能的重要性，并指出降低泥漿粘度有利于提高注水泥頂替效率。R.C.Haut和R.J.Crook提出了泥漿不流動(dòng)系數(shù)的概念。理論研究所作的一些假設(shè)很不精確，因而一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法得到正確的解釋。理論上假設(shè)了界面速度剖面可以用單一流體的速度剖面建立模型。B.Nelson指出活動(dòng)套管能提高頂替效率，并給出了活動(dòng)套管的沖程和旋轉(zhuǎn)套管的轉(zhuǎn)速。本文提出了水泥漿流體在套管環(huán)空的計(jì)算，并分別計(jì)算了不同粗糙表
6、面水泥漿的的流動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)固井質(zhì)量的研究提供了理論支持。51泥漿頂替原理與頂替水力計(jì)算流體在環(huán)形空間流動(dòng)時(shí)流速剖面如圖1所示。根據(jù)流體流變特性，流體動(dòng)塑比與流核存在以下關(guān)系式：■=■×■（1）以a表示流核寬度占環(huán)形間隙的比，常稱核隙比。即：a=■=■（2）式中■為水泥漿頂替的平均速度，m/s；D2為環(huán)空直徑，m；D1為套管直徑，m；？啄為流核寬度，m。2水泥漿頂替流動(dòng)狀態(tài)的確定根據(jù)相似原理知道雷諾數(shù)是表示慣性力和粘滯力對(duì)比關(guān)系。雷諾數(shù)較小，說明慣性力較弱，粘滯力居主導(dǎo)地位，流動(dòng)呈層流狀態(tài)；雷諾數(shù)較大，表
7、明慣性力占主導(dǎo)地位，流動(dòng)呈紊流狀態(tài)。在工程上一般取圓管的臨界雷諾數(shù)：Rec=2000（3）當(dāng)Re？燮2000時(shí)，流動(dòng)為層流，當(dāng)Re？叟2000時(shí)，即認(rèn)為流動(dòng)已經(jīng)為紊流。雷諾數(shù)的表達(dá)式：Re=■（4）利用量綱理論，可得：CD=f（Re）（5）對(duì)于球體：CD=FD/■？籽V2∞d（6）Re=？籽V∞d/v（7）式（2-6）經(jīng)過整理可以導(dǎo)出：FD=■？籽V2∞dCD（8）式中FD為流體繞流的壓差阻力；V∞為流體的流動(dòng)速度；為球體的直徑。53實(shí)例研究已知：Re=196mm，Rh=245mm，水泥漿密度？籽c=1.
8、2g/cm3，泥漿密度？籽m=1.2g/cm3，nm=nc=0.5，Km=Kc=0.8PaS2，T=6min，粘砂砂粒2～4mm，4～6mm，用逐步逼近的方法（Jacobi迭代法）求解方程，數(shù)值解結(jié)果如圖2：計(jì)算結(jié)果得出：隨著頂替速度的增大，頂替效率在逐漸增大，當(dāng)速度達(dá)到某一值時(shí)，頂替效率突然增大，此時(shí)的頂替速度稱為臨界頂替速度。當(dāng)頂替速度達(dá)到再繼續(xù)增加時(shí)，對(duì)光滑套管而言，頂替效率基本達(dá)到100%，而表面粗糙套管頂替效率達(dá)到8
