Аспекты компьютерного моделирования процессов транспорта и очистки от шлама горизонтальных участков скважин
Authors: Харламов Сергей Николаевич , Kharlamov Sergey Nikolaevich , Джанхорбани Мехран , Janghorbani Mehran , Брыксин Максим Радиславович , Bryksin Maksim Radislavovich 
Published: November 2022

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.