张国锋

中石化江汉石油工程有限公司工程技术研究中心，湖北 武汉

1.引言

空气钻井可以大幅度提高钻井速度，减少因使用钻井液而产生的污染。使用连续管进行空气钻井由于不需要接单根，不需要为防止沉砂卡钻而进行附加空气循环，则能进一步提高钻井速度。采用冲击器(空气锤)钻井所需钻压较小，也特别适合连续管钻井[1][2][3]。

空气钻井与传统的钻井液钻井相比，循环介质密度低，环空中携岩能力是关键因素之一。在空气携岩方面，一些学者进行了研究。胡小房[4]应用两相流的连续性方程和动量方程，建立了环空颗粒的运动方程，对干空气钻井中环空携岩进行了研究。刘绘新等[5]对空气雾化钻井的环空携岩流动进行了理论和实验研究。朱红钧等[6]基于CFD分析，用气固两相流及湍流模型对携岩中固相体积分数的分布进行了模拟，结果显示在环空横截面积有急剧变化的地方，固相体积分数偏大，容易发生颗粒沉降。但前人没有考虑岩石颗粒的形状和颗粒尺寸分布。黄小兵等[7]对普光103-4井和大邑3井的岩屑进行了筛分，证实岩屑颗粒不是均匀的，不同尺寸的颗粒重量具有概率分布的特征。

根据岩石的分形理论，假设空气钻井破岩产生的岩屑的形状相似，颗粒粒径服从 Weibull分布，应用岩屑的筛分数据，通过拟合获得岩屑颗粒尺寸的分布。应用非球形颗粒拖曳力系数的经验式，计算不同岩屑尺寸平衡重力所需拖曳力的相对速度，确定各种尺寸岩屑的上返速度，得到气固两相流体的密度、环空的压力分布、连续管内的气体压力分布。……