基于CFD-DEM的新型铝合金钻杆携岩仿真分析

来源：机床与液压杂志2021年第20期北京时间：

作者：王志亮，赵莹，丛成，何璟彬，方永，夏成宇

单位：长江大学机械工程学院；川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司；川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司；川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司；长江大学机械工程学院；长江大学机械工程学院

摘要：由于川渝地区的地层结构较复杂，在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积，使得岩屑运移难度大，最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力，提出一种新型铝合金钻杆，对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析，得出该钻杆既可以提高岩屑运移能力，也可以降低摩阻，减少钻井液压耗，再对该钻杆进行力学分析与建模，利用实际参数计算，验证了钻杆的可浮性；然后对岩屑沉降与排出全过程进行分析，提出岩屑沉降与排出全过程的5个阶段;最后在充分考虑了钻井液、岩屑颗粒、钻杆和井壁相互作用的影响下，利用CFD-DEM耦合对新型铝合金钻杆的携岩过程进行精确仿真。改变钻井液排量、钻杆转速、岩屑粒径、钻杆偏心度，对新型铝合金钻杆的携岩能力进行分析，并将该钻杆的携岩效率与传统钢钻杆进行对比，研究了两种钻杆的岩屑运移率，最终得出新型铝合金钻杆相比传统钢钻杆具有更高的携岩效率。该研究成果对减少岩屑沉降、提高岩屑运移能力具有重要意义。

关键词：新型铝合金钻杆;CFD-DEM耦合;岩屑运移比;数值模拟;对比分析

基金资助：国家自然科学基金项目(51405032)；页岩油气国重实验室开放基金项目（20-YYGZ-KF-GC-16）；油气藏地质及开发工程国家重点实验室基金项目（西南石油大学）（PLN2020-7）