二氧化碳分散岩屑机制的模拟试验研究

以东营组实钻岩屑为例,采用模拟试验装置考察井下二氧化碳对岩屑分散机制,并进行岩屑XRD矿物成分和反应液离子成分分析。结果表明:二氧化碳对岩屑粒径影响甚微,地层水长时间浸泡会使岩屑粒径变小,地层水与二氧化碳共存时,岩屑平均粒径先急剧减小,后渐趋稳定,随着温度和压力的升高,岩屑平均粒径逐渐减小;地层水和二氧化碳共存时,东营组岩屑粒径变化的主要是由于二氧化碳促进了岩屑中的黏土矿物分散,缩短了黏土矿物的水化反应时间,同时二氧化碳与水反应生成碳酸,溶解了岩屑中的部分胶结矿物,促进了岩屑粒径的减小。     

水平井段超临界CO_2携岩数值模拟

超临界CO2是一种极具潜力的钻完井介质,研究其携岩机制是超临界CO2钻井技术的重要发展方向。以实测数据设置环空入口岩屑粒径分布,考虑流场中CO2密度和黏度与温度、压力条件的耦合关系及钻杆转动的影响,对温度、压力、排量、转速、岩屑直径、岩屑体积分数及偏心度对携岩效率的影响进行数值模拟分析。结果表明:岩屑床中小颗粒的体积分数下降,大颗粒体积分数的增幅随直径增大而减小;CO2携岩能力随温度的降低和压力的升高而增强,影响规律与室内试验结果相符;增大排量、降低机械钻速可提高CO2携岩效率,而钻杆转速对携岩效率影响甚微;偏心度为0.8时携岩最为困难;水平井钻进时应添加增黏剂以改善CO2携岩效果。     

直井段超临界二氧化碳携岩数值模拟分析

二氧化碳携岩问题是超临界二氧化碳钻井技术应用于油气藏钻探开发的基础问题。依据井下工况,考虑岩屑粒径分布规律的影响及二氧化碳密度和黏度等物性参数与流场温压条件的耦合关系,数值模拟分析了粒径分布变化规律及各工况参数对携岩效率的影响规律。结果发现:粒径分布变化规律不与颗粒直径呈正相关,证实了选用欧拉模型以考虑颗粒间干扰来模拟携岩问题的合理性;温压条件影响粒径分布变化规律,携岩返速对粒径分布规律影响甚微。携岩效率随压力升高、温度降低而提高,规律与室内实验结果相符。提高排量、降低机速有利于改善携岩效果,实测临界携岩返速高于依据最小动能原理的计算值。随偏心度增大,携岩效率先降低后提高,临界偏心度为0.8。所得结论为发展实际技术提供支撑。