岩屑运移问题是斜井、水平井和大位移井钻井的关键技术之一,如何保持良好的井眼清洗状况对钻井过程具有十分重要的意义。论文通过对岩屑运移机理的研究,将0o90o的井段根据井斜角的不同分成了三个不同的井段,分别是0o30o的直井段,30o60o的中斜度井段和60o90o的大斜度井段,并根据不同井段的岩屑运移特征建立了不同的岩屑运移模型。该数学模型利用了流体力学中的固液两相流理论、岩屑床力学平衡条件和岩屑颗粒起动分析,并针对不同井段的岩屑运移特点,引入了岩屑颗粒扩散方程,在中斜度井段建立了两层水力模型,在大斜度井段建立了三层水力模型。
在所建立的数学模型的基础上,论文利用VisualBasic6.0开发了岩屑运移软件。通过该软件,可以根据不同的钻井工况输入钻井参数,经计算可得岩屑床的无因次厚度、井眼环空的岩屑浓度以及最小携岩返速和排量等结果。所得结果与文献中的结果做比较,论证了计算结果的可靠性。论文通过计算分析单因素对无因次岩屑床厚度的影响,得出了与实验和工程实践较为一致的规律。将所建立的数学模型加以修改,论文中得到了在规定许用岩屑床厚度或岩屑浓度条件下的最小环空携岩返速和最小环空携岩排量的计算方法,并对单因素对返速和排量的影响进行了计算分析说明。
根据对岩屑床清除与井眼清洗的理论与工程实践方法的分析,论文提出了一种岩屑床清除工具。该工具可以加接于钻杆中间,利用其水力清除和机械破坏的双重作用来达到清除岩屑床的目的。论文对工具的设计提出了三种不同的方案,用SOLIDWORKS2006和GAMBIT2.0建模划分网格后,经过FLUENT6.0进行水动力学流场分析,得到了工具周围的流场速度分布矢量图,较好的论证了该工具的水力清岩效果。
