高温地热井高效携岩流场分析及参数优化

张 雪

（中国石油集团长城钻探工程有限公司，北京 100020）

摘  要：研究通过CFD-DEM模拟方法，讨论了冲击提速钻井流场分布规律、井筒岩屑积累特性及钻具组合优配效果，揭示了流场压力、钻井液流速及岩屑运移特性的分布规律和影响机制，并优选了携岩效果最优的钻具组合。结果表明，岩屑在井底的速度及能量差异较大，选择合适的钻井组合可一定程度降低钻进难度，提升井下钻进效率、工具寿命和携岩效果。研究可为高温地热井钻井携岩工艺优化提供理论依据。

关键词：地热井；冲击提速工具；携岩效率；钻具组合

0 引言

我国地热资源十分丰富，而地热开发的关键技术是地热钻井，高温地热钻井成本高、风险大，存在大量的不确定性。地热井井底地质条件复杂，具有储层温度高，热储岩石硬度大等特点，需使用井下提速工具。井下提速工具的使用会导致井底产生的岩屑增多，井底岩屑上返时由于重力作用，在水平段及大斜度段极易形成岩屑床，携岩不及时会导致钻井液固相含量增多，从而降低钻速、增加起下钻的抽吸压力，同时还会导致钻井液不能润滑PDC钻头及其他井下工具，最终导致高温烧毁钻头和井下工具仪器。因此，井眼高效携岩是决定复杂结构井成功的关键因素之一。

通过对冲击提速工具开展流场与携岩模拟，分析钻具组合携岩效果并建图版；优化工具结构，选择最优钻具组合，数值模拟获得流场与环空压耗数据，最终确定高温地热井适用钻具组合及携岩参数。

1 冲击提速钻井流场模拟研究

冲击提速工具在高温地热井携岩钻进时，由于工具内外结构的影响，钻井液流动会受到阻碍，局部钻井液流型可能会发生改变，并且工具会造成钻井液的压力损耗，这将会影响钻头和其他井下工具的工作性能。因此，针对冲击提速工具对钻井液流场和速度的影响开展研究。

1.1 流场压力

工具内部结构影响了钻井液的流动，会造成流场压力的变化，影响岩屑的输运。为观察冲击提速工具在高温地热井携岩钻进时的压力变化情况，运用CFD-DEM方法模拟岩屑输运过程，如图1所示。

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