页岩气偏心水平井气侵期间岩屑运移数值模拟

姜瑞海， 崔云峰， 张 晨， 陈 勋

(华北理工大学 矿业工程学院， 河北 唐山 063200)

随着国内外各大油田勘探开发的持续深入，常规油气日渐衰竭[1]，中深层页岩气因其分布范围广、可采储量丰富、开采寿命长等优点已逐渐成为研究的热点[2-3]。页岩气层渗透率普遍较低、气流阻力大、开发困难[4]，水平井仍为现阶段主要钻井技术。水平段内钻杆因重力等因素影响与井眼形成偏心环空[5]而较常规井更易形成岩屑床[6]。同时，位于中深部地层的偏心环空受高温高压环境及钻井液密度窗口狭窄等因素影响，气侵时有发生[7]，钻井液携岩运移问题已成为气液固三相流问题。此时偏心环空岩屑运移规律涉及因素更广，过程更为复杂[8]，却更接近真实钻井环境。国内外多位学者针对水平井环空钻井液携岩运移规律进行了广泛研究。Doron等根据质量与动量守恒建立了描述水平井钻井液携岩运移规律的三层模型[9]；Han等通过实验研究分析了环空倾角及钻杆旋转对于环空岩屑运移效率的影响[10]；Piroozian等对水平井环空偏心度对岩屑运移效率的影响进行了一系列研究，并提出高塑性黏度钻井液携岩效率更高[11]；刘少胡等基于流体力学和湍流运输方程，模拟研究了页岩气水平井岩屑运移机理，并对影响清水携岩能力的敏感参数进行了探究[12]；范宇等基于固液两相流理论，模拟分析了钻杆转速、排量、粒径、偏心度、井斜角对于环空井筒岩屑体积分布及运移轴向速度的影响[13]；……