Аспекты компьютерного моделирования процессов транспорта и очистки от шлама горизонтальных участков скважин
| Parent link: | Математическое моделирование Т. 34, № 11.— 2022.— [С. 77-106] |
|---|---|
| Main Author: | |
| Corporate Author: | |
| Other Authors: | , |
| Summary: | Заглавие с экрана Актуальность исследования связана с необходимостью формирования ясных представлений о факторах успешного выполнения буровых операций и внесения ряда обобщений в существующие методики прогноза транспорта и очистки скважин с горизонтальным участком с учетом особенностей и закономерностей течения бурового раствора в реальных режимах бурения. Цель работы - исследовать особенности пространственного течения смеси бурового раствора с твердыми частицами в коаксиальной и эксцентричной области скважины, установить закономерности течения смеси по скважине и представить рекомендации для инженерных расчетов интенсификации процесса очистки скважин гидравлическими методами. В качестве объекта исследования выбрана скважина с 12-тиметровой горизонтальной эксцентричной секцией, в которой течение осуществляется в условиях, реально близких к фактическим параметрам бурения. Универсальным ключом к уяснению особенностей и выявлению закономерностей рассматриваемых в работе процессов выступают методы механики неоднородных сплошных сред для вязких гомогенных и гетерогенных смесей, вычислительной гидродинамики (CFD), объединенные идеями комплексного физико-математического и численного исследования внутренних течений реологически сложных вязких сред. Установлено, что частицы способны оказывать существенное влияние на структуру осредненного и пульсационного течения капельной жидкости, их осаждение приводит к формированию неоднородной анизотропной структуры течения, для расчета которой требуются современные модели турбулентности второго порядка для напряжений Рейнольдса. Показано, что в донной области межтрубного пространства имеется зона с эквивалентными скоростями фаз, где проявляются эффекты снижения интенсивности молярного переноса при росте размеров пласта отложений. Для условий реального бурения характерны процессы, сопровождающие ламинаризацию и стабилизацию течения смеси по всей длине скважины, вблизи границы неподвижного слоя осевших частиц наблюдается формирование узкого слоя их взвешенного состояния. Причем принос частиц шлама с поверхности пласта, а также их переход во взвешенное состояние в основном определяется конвективно-диффузионными механизмами, интенсивностью пульсационного мелкомасштабного движения вихрей с анизотропной структурой и наличием локальных областей с “умеренно высокими” скоростями потока, контактирующего с криволинейной неустойчивой к малым возмущениям поверхностью раздела. Отмечены условия формирования застойной зоны, в которой интенсивны седиментация и рост размеров отложений. Для использования рекомендуется технология и алгоритм моделирования процесса взаимодействия двухфазных потоков со стенками эксцентричной трубы, основанный на демонстрациях возможностей CFD. А также заключения по совершенствованию критериальных связей определения минимальных скоростей течения бурового раствора с учетом коррекции параметров, характеризующих реологические особенности смеси, интенсивность турбулентности, геометрию межтрубного пространства и соединительных узлов. The relevance of research is related to the need to form clear ideas about the factors of successful drilling operations and make a number of generalizations to existing methods for predicting the transport and cleaning of wells with a horizontal section, taking into account the features and patterns of drilling fluid flow in real drilling modes. The purpose of the work: to study the features of the spatial flow of a mixture of drilling fluid with solid particles in the coaxial and eccentric areas of the well; to establish the patterns of the developing steady flow of the mixture through the well; to issue recommendations for the practice of applied calculations for the improvement of the well cleaning process by hydraulic methods. A well with a 12-meter horizontal eccentric section was chosen as the object of study, in which the flow is carried out under conditions that are as close as possible to actual drilling parameters. The universal key to understanding the features and identifying the patterns of the processes considered in the work are the methods of mechanics of inhomogeneous continuums for viscous homogeneous and heterogeneous mixtures, computational fluid dynamics (CFD) combined with the ideas of a complex physical, mathematical and numerical study of internal flows of rheologically complex viscous media. It has been established that particles can significantly affect the structure of the averaged and pulsating flow of a droplet liquid, their settling leads to the formation of an inhomogeneous anisotropic flow structure, the calculation of which requires modern two parameter turbulence models for Reynolds stresses. It is shown that in the bottom region of the annular space there is a zone with equivalent phase velocities, where the effects of a decrease in the intensity of molar transfer are manifested with an increase in the size of the sediment layer. Real drilling conditions are characterized by processes that accompany laminarization and stabilization of the mixture flow along the entire length of the well; near the boundary of the fixed layer of settled particles, a narrow layer of their suspended state is formed. Moreover, the flow of cuttings particles from the reservoir surface, as well as their transition to a suspended state, is mainly determined by convective-diffusion mechanisms, the intensity of the pulsating small-scale movement of vortices with an anisotropic structure, and the presence of local areas with “moderately high” flow velocities in contact with a curvilinear unstable to small disturbances section surface. The conditions for the formation of a stagnant zone, in which sedimentation and growth in the size of deposits are intense, are noted. In practice, a technology and algorithm for modeling the process of interaction of two-phase flows with the walls of an eccentric pipe, based on demonstrations of CFD capabilities, is recommended. As well as conclusions on improving the criterion relationships for determining the minimum flow rates of the drilling fluid, taking into account the correction of parameters characterizing the rheological features of the mixture, the intensity of turbulence, the geometry of the annular space and connecting nodes. Режим доступа: по договору с организацией-держателем ресурса |
| Language: | Russian |
| Published: |
2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://doi.org/10.20948/mm-2022-11-06 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=669492 |