汪鹏 邓桥(中国石油大学(北京)石工学院, 北京 102249 )

水平井固井顶替不同密度差数值模拟研究

汪鹏 邓桥(中国石油大学(北京)石工学院, 北京 102249 )

针对水平井固井顶替问题，本文通过建立物理模型，应用Fluent软件模拟了水泥浆对钻井液的顶替过程，揭示了不同水泥浆与钻井液密度差条件下界面长度与顶替效率的发展规律。

密度差；固井顶替；数值模拟；顶替效率

0 引言

水平井固井顶替作业中，顶替液与被顶替液的密度差是影响顶替效率和固井质量的关键因素之一，由于顶替效率涉及影响因素较多，如地层条件、井身结构、流体流变参数等，国内外学者对水平井顶替进行了大量的研究，取得了很多成果，大幅提高了固井质量。本文应用Fluent软件对水平井顶替进行数值实验，采用100米长的物理模型，顶替液为水泥浆，被顶替液为钻井液，系统研究不同密度差对界面长度和顶替效率的影响，为密度差的优选提供了参考。

1 物理模型

利用Gambit软件建立水平井固井顶替三维物理模型，忽略井眼不规则与扶正器的影响，环空尺寸：井眼直径为215.9mm，井径扩大率以8%计算，则环空直径为233.172mm，套管外径139.7mm，计算长度取100 m，居中度0.667(更接近现场情况)，计算区域内模拟的顶替流体为水泥浆, 其密度为1300kg/m3、1400kg/m3、1500kg/m3、1600kg/m3、1700kg/ m3、1800kg/m3；被顶替流体为钻井液，其密度为1300kg/m3。

2 数学模型和边界条件

水平井固井顶替过程为非牛顿流体在偏心环空中的液液流动，流动规律满足流体力学方程组，包括基本方程组、湍流方程、组分方程等。……