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【学科快讯】张菲菲教授团队在石油工程顶级刊物SPE J期刊上发表重要研究成果

发布时间:2020-03-24 13:51:53阅读次数:

     

近期,张菲菲教授团队在前期提出的模型基础上,针对复杂工况条件下的井眼清洁分析,开发出基于计算流体力学方法的动态井眼清洁模型,于2020年在石油工程顶级期刊《SPE Journal》上发表题为“Modeling of Dynamic Cuttings Transportation during Drilling of Oil and Gas Wells by Combining 2D CFD and 1D Discretization Approach”研究论文。该论文结合2D CFD和1D岩屑运移连续模型,利用2D CFD模拟井筒界面内的流动和悬浮岩屑分布,1D连续模型模拟岩屑在井筒轴向的移动,提出一种新的动态岩屑运移模型,模型计算结果与实验数据吻合较好。该方法克服传统模型在高流速条件下预测床高不足的缺点,能够用于局部复杂井眼的岩屑运移分析。

张菲菲教授团队大位移井动态井眼清洁研究系列文章

1.JPSE, 2018, A unified transient solid-liquid two-phase flow model for cuttings transport modelling part

2.SPE Journal, 2020, Modeling of Dynamic Cuttings Transportation during Drilling of Oil and Gas Wells by Combining 2D CFD and 1D Discretization Approach

大位移井在海洋、滩海、地面情况恶劣的油田和特殊油气藏的开发中应用广泛,但在大位移井施工过程中由于井筒倾斜角大而且倾斜井段长、重力效应突出,井眼清洁不充分成为制约该项技术发展的重要因素。井筒中岩屑运移情况的准确预测可以帮助钻井设计人员及时调整和优化钻井参数,是大位移井的关键技术之一。

智能钻井技术项目组2018年在《Journal of Petroleum Science and Engineering》上发表的论文“A unified transient solid-liquid two-phase flow model for cuttings transport modelling part”在油气行业权威杂志JPT被推荐应用于大位移井技术。该论文综合考虑流型特点和流型转换条件,基于质量守恒和动量守恒基本方程,首次提出适用于所有流型的瞬态固-液两相流通用模型。该模型打破传统局限,可以用于时间和空间两个维度的岩屑运移情况快速模拟。本研究成果可以描述整个钻井过程中岩屑在大位移井整个井眼中的连续运移过程,用于研究大位移井井眼清洁动态实时监测及井下复杂工况分析,还可以用在油气生产过程中出砂问题的模拟监测和除砂方法的设计。基于该成果开发出了实时井眼清洁监测模型已经在挪威国家石油、中石油渤海钻探和中石化工程院等多个钻完井设计和实时监测软件中应用。

在上述模型基础上,针对复杂工况条件下的井眼清洁分析,智能钻井技术项目组开发出基于计算流体力学方法的动态井眼清洁模型,2020年在《SPE Journal》上发表 “Modeling of Dynamic Cuttings Transportation during Drilling of Oil and Gas Wells by Combining 2D CFD and 1D Discretization Approach”。该论文结合2D CFD和1D岩屑运移连续模型,利用2D CFD模拟井筒界面内的流动和悬浮岩屑分布,1D连续模型模拟岩屑在井筒轴向的移动,提出一种新的动态岩屑运移模型,模型计算结果与实验数据吻合较好。该方法克服传统模型在高流速条件下预测床高不足的缺点,能够用于局部复杂井眼的岩屑运移分析。

3.SPE Journal, 2018, Transient Coupling of Swab/Surge Pressure and In-Situ Stress for Wellbore-Stability Evaluation During Tripping

智能钻井技术项目组2018年在《SPE Journal》上发表的论文“Transient Coupling of Swab/Surge Pressure and In-Situ Stress for Wellbore-Stability Evaluation During Tripping”是业内首次进行起下钻过程中瞬态井眼压力变化对井壁岩石孔隙压力影响的研究。该论文将井眼内的环空流、井壁周围岩石内的渗流、岩石应力场三者相耦合,研究了起下钻过程中的动态抽吸/激动压力与井壁周围岩石内的孔隙压力以及岩石有效应力场变化之间的关系。论文还提供新的钻井过程中环空流-渗流-应力场之间的耦合计算方法,提高了传统井壁稳定分析的准确性,而且为钻井过程其它方面关于流-固耦合的应用开拓了思路。

起下钻过程中井眼波动压力变化

起钻过程中动态地层孔隙压力分布及对井壁稳定性影响

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