张晋凯李根生黄中伟田守嶒宋先知王海柱. 油气资源与探测国家重点实验室；2. 中国石化石油工程技术研究院

不同偏心度的环空涡动流场特性

张晋凯1，2李根生1黄中伟1田守嶒1宋先知1王海柱1
1. 油气资源与探测国家重点实验室；2. 中国石化石油工程技术研究院

为了深入研究环空涡动时的流场特性，根据流体力学理论，以连续性方程和N-S方程为控制方程，利用计算流体力学技术对钻柱涡动时环空赫巴流体的流动进行了系统的数值模拟，研究了不同公转方向下钻柱偏心度的变化对环空切向速度剖面与合速度剖面的影响。通过对模拟数据的对比分析，发现不同公转方向下环空流场分布截然不同，正向公转时切向速度在环空宽间隙处随着公转速度、自转速度和偏心度增大正向增大；反向公转时会出现二次流，切向速度在环空宽间隙处随偏心度的减小整体反向减小，同时二次流趋势越明显，摩阻压耗越大。合理应用这些规律有助于完善现有钻井水力学理论，更好地揭示井下环空流场特性，并为钻井水力参数优化设计提供有效的理论指导。

涡动；环空；赫巴流体；摩阻压耗；数值模拟；流场

钻进过程中钻柱在井筒内一般会出现涡动，即在地面转盘带动下顺时针自转的同时还绕井眼轴线公转。涡动的出现以及公转的半径（即涡动时钻柱的偏心度）和方向（顺时针方向、逆时针方向）就目前钻井水平而言无法控制且很难预测，通过实验难以揭示其内部规律，最可行的方法是借助数值模拟技术进行研究［1-5］。……