مدل‌سازی انتقال خرده‌های حفاری توسط فوم در شرایط یک چاه افقی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نفت و گاز، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشکده مهندسی نفت و گاز، دانشگاه صنعتی سهند ، تبریز، ایران

چکیده

انتقال مطلوب خرده‌های ‌حفاری یکی از پارامترهای تاثیرگذار در سرعت عملیات حفاری می‌باشد. فوم به‌دلیل ویژگی‌های منحصر‌‌ به‌فردی از‌جمله چگالی پایین و گرانروی بالا، می‌تواند منجر ‌به کاهش مشکلات عملیاتی در مقایسه با سیالات معمول حفاری ‌شود. توصیف دقیق رفتار فوم، تاثیر زیادی بر بهبود عملکرد این سیال و متعاقباً تمیزسازی بهتر چاه خواهد‌‌‌ داشت. در این مقاله، انتقال خرده‌های‌‌حفاری توسط فوم در محیط دینامیک سیالات محاسباتی بررسی گردید. بدین منظور، جریان چندفازی خرده-سیال با استفاده از مدل ‌اویلرین توصیف شد و رئولوژی فوم نیز توسط مدل غیرنیوتنی قانون‌‌توان ارائه گردید. همچنین تاثیر پارامترهای کیفیت و سرعت تزریق فوم، اندازه خرده‌ها، شرایط خروج ‌از ‌مرکزی لوله‌ها و نیز سرعت چرخش لوله‌های‌حفاری بر عملکرد فوم در تمیزسازی چاه مطالعه شد. نتایج حاصله از مدل نیز با داده‌های آزمایشگاهی صحت‌سنجی گردید. براساس نتایج، افزایش کیفیت فوم منجر به بهبود انتقال خرده‌های‌حفاری به‌علت افزایش ویسکوزیته فوم گردید. افزایش سرعت تزریق فوم بواسطه تخریب بستر ساکن خرده-ها سبب کاهش غلظت خرده‌های درون چاه شد، بطوری‌که افزایش سرعت تزریق فوم از 3 به 5 فوت بر ثانیه، منجر به کاهش 1.3 برابری غلظت خرده‌ها در چاه شد. به‌علاوه، افزایش سایز خرده‌ها باعث کاهش تمیزسازی چاه گردید. نتایج نشان داد که خارج شدن لوله‌ها از شرایط هم‌مرکزی باعث تجمع خرده‌ها در محیط چاه می‌شود. با این‌حال، اعمال سرعت چرخشی به لوله‌های حفاری سبب بهبود تمیزسازی چاه گردید، بطوری‌که افزایش سرعت چرخش لوله‌ها به‌میزان 40 دور بر دقیقه در حضور فوم موجب کاهش 1.8 و 1.4 برابری غلظت خرده‌ها در شرایط چاه هم‌مرکز و خارج‌از‌مرکز شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

CFD Modeling of Drilling Cuttings Transport Using Foam in Horizontal Well Condition

نویسندگان [English]

  • Ehsan Vaziri 1
  • Mohammad Simjoo 2
  • Mohammad Chahardowli 2
1 Faculty of Petroleum and Natural Gas Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Faculty of Petroleum and Natural Gas Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Efficient drilling cuttings transport is one of the most important parameters affecting drilling rate of wells. Foam has a great potential to reduce drilling problems compared to conventional well drilling fluids due to its unique properties such as low density and high viscosity. Proper description of foam behavior enables us to improve the performance of foam for hole- cleaning. In this paper, cuttings transport using foam was studied using a computational fluid dynamics approach. In this study the Eulerian multi-phase model was used to describe cuttings-fluid mixture flow. Foam rheology was expressed by the non-Newtonian power law model. Effects of foam quality and injection velocity, cuttings size, pipe eccentricity and rotational speed of drillpipes were studied. Modeling results were also compared with experimental data. Results showed that increase of foam quality improved hole-cleaning operation mainly due to the enhanced foam viscosity. Increase of foam injection velocity led to a reduction in in-situ cuttings concentration. This was due to the foam capability to destruct stationary cuttings bed. Accordingly, as foam injection velocity increased from 3 to 5 ft/s, cuttings concentration decreased by 1.3 times. Also, an increase in the size of the cuttings caused a poor well cleaning. It was found that pipe eccentricity resulted in the accumulation of cuttings in the wellbore annulus. But, increase of the drillpipe rotational speed provided a better hole-cleaning, so that by increasing the rotational speed to 40 RPM, cuttings concentration decreased by 1.8 and 1.4 times in concentric and eccentric pipe, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CFD
  • Drilling Cuttings Transport
  • Foam
  • Horizontal Well