考虑钻柱偏心的小井眼水平井岩屑运移规律分析

doi:10.12388/j.issn.1673-2677.2025.04.004

新疆石油天然气 ›› 2025, Vol. 21 ›› Issue (4): 24-33.DOI: 10.12388/j.issn.1673-2677.2025.04.004

考虑钻柱偏心的小井眼水平井岩屑运移规律分析

安锦涛¹^，²，李军¹^，²，赖秋霞³，黄洪林⁴，吴彦先⁵，巩加芹⁵

1.中国石油大学（北京）石油工程学院；
2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区；
3.中法渤海地质服务有限公司海南分公司；
4.中海石油（中国）有限公司海南分公司；
5.中国石油新疆油田公司采油工艺研究院。

收稿日期:2025-03-20 修回日期:2025-07-08 接受日期:2025-09-30 出版日期:2025-11-17 发布日期:2025-11-17
作者简介:安锦涛（1990-），2023年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业，博士，副教授，主要从事井筒多相流、井壁稳定等方面研究。（E-mail）2665448696@qq.com
基金资助:
1.国家自然科学基金青年基金“深层煤岩气水平井井壁失稳机理研究”（52404015）；

2.中国石油天然气股份有限公司战略合作科技专项“准噶尔盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究”（ZLZX2020-01-01）；

3.中国石油天然气股份有限公司科技项目“深地煤岩气优快钻完井技术研究”（2023ZZ18YJ05）

Cuttings Transport Mechanisms in Slimhole Horizontal Wells Considering Drill String Eccentricity

AN Jingtao¹^，²，LI Jun¹^，²，LAI Qiuxia³，HUANG Honglin⁴，WU Yanxian⁵，GONG Jiaqin⁵

1.College of Petroleum Engineering，China University of Petroleum （Beijing）；
2. Karamay Campus，China University of Petroleum （Beijing）；
3. Hainan Branch of Sino-French Bohai Geological Services Co.，Ltd.，；
4. Hainan Branch of CNOOC （China） Co.，Ltd.，；
5. Oil Production Technology Research Institute ，PetroChina Xinjiang Oilfield Company.

Received:2025-03-20 Revised:2025-07-08 Accepted:2025-09-30 Online:2025-11-17 Published:2025-11-17

摘要/Abstract

摘要：

小井眼水平井环空窄，岩屑运移模式与常规水平井存在显著差异。为探究小井眼水平井的岩屑运移规律，建立了基于钻柱偏心与计算流体动力学（CFD）的环空固-液两相流数值模型，研究分析了排量、钻杆转速、井斜角以及钻井液性能等关键因素对小井眼水平井中岩屑运移的影响。研究结果表明，提高钻杆旋转速度能够增强环空流体的切向和轴向速度，扩大“黏性耦合”区域，从而促进岩屑从环空下侧向上侧运动，提高岩屑运移效率。在小井眼环空中存在“临界旋转速度”和“临界排量”，当两者均低于临界数值时，在高度倾斜段岩屑运移最为困难；当两者均高于临界数值时，在水平段岩屑运移更为困难。提高钻井液密度能够增强岩屑的浮力，减少岩屑沉积。钻井液流变参数对井眼清洁效率的影响呈现非线性趋势，在不同排量和钻杆旋转速度下存在最佳性能范围。研究成果为小井眼水平井水力参数优化、防止钻柱卡钻提供理论支持。

关键词:

CFD模拟, 小井眼水平井, 岩屑运移, 两相流

Abstract:

The narrow annulus in slimhole horizontal wells leads to significant differences in Cuttings transport，compared to conventional horizontal wells. To investigate the cutting transport mechanisms in slimhole horizontal wells，a CFD-based numerical model accounting for drill string eccentricity was developed for solid-liquid two-phase flow in the annulus. This study analyzed the effects of key factors，including flow rates，drill pipe rotation speeds，well inclination angles，and drilling fluid properties，on cutting transport in slimhole horizontal wells. The results showed that increasing the drill pipe rotation speed enhances the tangential and axial velocities of the annular fluid and expands the "viscous coupling" region. This facilitates the upward movement of cuttings from the lower side to the upper side of the annulus，thereby improving transport efficiency. Critical thresholds for "rotation speeds" and "flow rates" were identified in highly inclined sections，where cutting transport becomes the most challenging with the two parameters both below the thresholds，and in horizontal sections，where transport becomes more difficult with the two parameters both exceeding the thresholds. Increasing the drilling fluid density enhances the buoyancy acting on cuttings and reduces deposition. The effects of drilling fluid rheological parameters on wellbore cleanup exhibit non-linear trends，with an optimal range existing under different flow rates and rotation speeds. The findings of this research provide theoretical support for optimizing hydraulic parameters in slimhole horizontal wells and preventing issues like drill string sticking.

Key words:

CFD simulation, slimhole horizontal well, cutting transport, two-phase flow

中图分类号:

TE242

安锦涛, 李军, 赖秋霞, 黄洪林, 吴彦先, 巩加芹.

考虑钻柱偏心的小井眼水平井岩屑运移规律分析

[J]. 新疆石油天然气, 2025, 21(4): 24-33.

AN Jingtao, LI Jun, LAI Qiuxia, HUANG Honglin, WU Yanxian, GONG Jiaqin.

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考虑钻柱偏心的小井眼水平井岩屑运移规律分析

Cuttings Transport Mechanisms in Slimhole Horizontal Wells Considering Drill String Eccentricity

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