煤炭科学技术

作者：郭龙辉, 程桦, 姚直书, 荣传新, 林键, 王宗金,

关键词：钻井法凿井, 气举反循环, 洗井流场, 压力分布, 流体运移,

为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律，以陶忽图煤矿北风井ø5 m超前钻井为研究背景，基于流体力学相关理论，建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型，并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析解，其次，采用CFD-DEM方法（计算流体力学与离散单元法耦合），建立了气举反循环多相耦合洗井的数值模型，验证了洗井流场压力模型的正确性，获取了洗井流场流体的运移规律，最后，基于洗井流场的压力数学模型及理论解析解，探究了含气率、泥浆密度、泥浆黏度、岩渣密度和含渣率等因素对洗井流场压力的影响规律。结果表明：截锥型钻头水平井底流体的平均径向流速>切向流速>轴向流速；岩渣在井底做“螺旋状下滑—井底积聚—推动和悬浮—吸附和举升”的动态循环运移，在钻杆内液固及液固气段分别以“低流速，高密度”和“高流速，低密度”形式运移。钻杆内流体压力沿井口方向近似呈线性降低趋势，在注气端处，流体压力骤降，钻杆内外压差达到最大；井底流体压力自外向内呈“先小幅降低，后大幅降低”趋势，在井底有效吸附区流体压力降低幅度及速率更大。含气率、泥浆密度与钻杆内外流体压差呈正相关关系，泥浆黏度、岩渣密度、液固及液固气段含渣率则与之呈负相关关系，各因素对钻杆内外流体压差的敏感性可归结为：泥浆密度>含气率>岩渣密度>泥浆黏度>液固段含渣率>液固气段含渣率。研究可为破解侏罗系地层钻井法凿井气举反循环洗井效率低下技术难题，提供有益理论参考。

来源：2025年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2025年第10期