[發明專利]一種預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法

無效

• 申請號: 201110224919.5
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102306215A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 王明波;楊金瑩;盧繼峰;陳修平
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(華東)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于石油工程領域，尤其涉及一種預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法。

背景技術

石油工程鉆井作業作為石油開采、礦藏勘探開發、地球物理研究以及工程建設等眾多領域的必要手段，在國民經濟中發揮著重大的作用。但隨著國內大部分油田相繼進入開發中后期，新探區大部分處于偏遠的地區，將面臨更復雜的地質條件和更惡劣的自然環境，定向井、水平井、側鉆井等特殊鉆井工藝的使用，使得井下鉆井工具受力更加復雜，沖蝕失效風險進一步增大。為避免井下鉆井工具事故，實現單井成本最佳化，效益最大化，將井下鉆井工具受力分析及其鉆井工具沖蝕機理、沖蝕分析進行系統化歸類，提出因鉆井工具沖蝕引起井下事故的解決方案及預防方案、并對鉆井工具進行檢測評價，對于保障井隊安全鉆進等都有著積極的意義。

石油管柱由于工作環境惡劣，在多相流介質服役時均遭受不同程度的損傷，從而影響其使用壽命。按Eyre?TS的估計，沖蝕磨損破壞約占工業生產中磨損破壞總數的8％。尤其對于彎頭、異徑管等介質流向急劇發生改變的部位，其損傷程度更嚴重。石油鉆井工具中的沖蝕磨損包含十分復雜的兩相流動以及傳質理論，對其進行廣泛深入的研究既有重要的理論意義，又有實際的應用價值。鉆進過程中，鉆井液和攜帶的固體巖屑運動通過井眼環空時，速率通常較高。當固體顆粒高速運動時會具有很強的沖蝕性，同時還會遇到井下高溫的情況。這種條件，連同腐蝕性鹽，含硫化合物和氧都有助于鉆具的沖蝕和腐蝕，導致鉆具內壁磨損刺槽出現沖蝕，甚至出現失效。現有的鉆井工具沖蝕研究中多采用有限元方法結合材料沖蝕實驗對鉆井工具沖蝕部位附近的受力情況進行分析，但從流體力學角度對鉆井工具表面沖蝕形貌進行描述，對其沖蝕速率進行預測則未見有相關報導。此外，為獲得鉆井工具表面沖蝕形貌和具體的沖蝕速率，一個合理的工況參數運行范圍也尚未被提出。

發明內容

本發明提供了一種預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法，旨在解決現有的鉆井工具沖蝕研究中多采用有限元方法結合材料沖蝕實驗對鉆井工具沖蝕部位附近的受力情況進行分析，但從流體力學角度對鉆井工具表面沖蝕形貌進行描述，對其沖蝕速率進行預測未被提出，此外，為獲得鉆井工具表面沖蝕形貌和具體的沖蝕速率，一個合理的工況參數運行范圍也尚未被提出的問題。

本發明的目的在于提供一種預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法，該方法包括以下步驟：

對流經鉆井工具表面的含固相顆粒的多相流動進行三維數值建模；

選取合適的離散格式和湍流模型對流經鉆井工具表面的含固相顆粒的多相流動進行數值求解，得到固相顆粒對鉆井工具表面的沖蝕速率；

依據固相顆粒對鉆井工具表面的沖蝕速率對鉆井工具表面的計算網格進行調整；

對調整后的網格進行數值求解，得到新的時間步下鉆井工具表面的沖蝕形貌，直至達到最終的計算時間。

本發明通過對鉆井工具表面被含固相顆粒流體介質沖蝕這一過程進行分析研究，界定了鉆井工具表面產生沖蝕所需工況條件的范圍，提供了通過數值模擬方法獲取鉆井工具表面沖蝕形貌和沖蝕速率的有效途徑，可為鉆井工具沖蝕問題提供預測方法。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法的流程圖；

圖2是本發明實施例提供的對鉆井根據表面的沖蝕進行流場模擬的實現流程圖；

圖3是本發明實施例提供的在流場模擬的基礎上，應用沖蝕程序進行沖蝕計算的實現流程圖；

圖4是本發明實施例提供的鉆井工具表面的流場模擬和沖蝕計算兩個子過程的實現流程圖；

圖5是本發明實施例提供的沖蝕程序的計算流程圖；

圖6是本發明實施例提供流動的介質流動進行了300小時后沖蝕部位放大的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定發明。

圖1示出了本發明實施例提供的預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法的實現流程。

一種預測石油鉆井工具表面沖蝕形貌的方法，該方法包括以下步驟：

在步驟S101中，對流經鉆井工具表面的含固相顆粒的多相流動進行三維數值建模；

在步驟S102中，選取合適的離散格式和湍流模型對流經鉆井工具表面的含固相顆粒的多相流動進行數值求解，得到固相顆粒對鉆井工具表面的沖蝕速率；

在步驟S103中，依據固相顆粒對鉆井工具表面的沖蝕速率對鉆井工具表面的計算網格進行調整；