К Проблеме Установления Продолжительности Бурения Скважин В Условиях Отсутствия Вращения Бурильной Колонны

Abstract

Актуальность исследования определяется необходимостью детального моделирования эволюции динамической структуры вязкой смеси, изменений объёмной концентрации пробуренного шлама в кольцевом межтрубном пространстве скважины, которая постоянно накапливается в процессе бурения, а также контроля ее критических значений, приводящих к проблемам функционирования специального оборудования. Цель работы состоит в численном моделировании в рамках методов вычислительной гидродинамики (computational fluid dynamics – CFD) развивающегося по времени и пространству процесса накопления шлама во внутренних системах с эксцентричным неподвижным ядром (трубах, каналах) при различных условиях течения буровых растворов типа Гершеля–Балкли, отличающихся произвольным изменением их реологических свойств, уяснении особенностей процесса накопления шлама, а также определении интенсивности засорения и момента времени для очистки скважин.Методы исследования рассматриваемых процессов основаны на комплексном подходе к физико-математическому и компьютерному моделированию гидродинамики и конвективного массопереноса в гетерогенных неоднородных сплошных средах, осложненных реологическими неньютоновскими эффектами, и комбинированном прямом и опосредованном анализе возможностей построенной модели к прогнозу сути процессов очистки и бурения скважин путем сопоставления результатов моделирования с имеющимися экспериментальными данными.Результаты демонстрируют особенности влияния реологических параметров на скорость накопления шлама в кольцевом межтрубном пространстве и закономерности выноса/осаждения частиц пробуренной породы при изменении режимов течения смеси. Оценены возможности метода исследования гидротранспорта в рамках ПО ANSYS ЭЛ – подхода посредством CFD-DEM модели при прогнозе перепада поля давления в скважине, эволюции динамической структуры смеси в зависимости от интенсивности загромождения межтрубного пространства шламом, изменений среднемассовой скорости на входе в скважину в сравнении с имеющимися экспериментальными данными. Численно определены и рекомендованы в практику условия для расчета максимальной рекомендуемой продолжительности бурения при произвольных комбинациях значений технологических и реологических параметров бурового раствора.