大直径HDD孔内流场动力学特征及其对岩屑运移的影响研究

DATE：2018-02-01

项目简介：

大直径水平定向钻进（HDD）是穿越江河、湖泊等区域铺设油气和市政管道的主要方法之一。随着孔径增加，孔内的流场和岩屑运移特征较传统钻进工艺发生了很大变化，导致实际工程中岩屑运移效率降低,成为大直径HDD工艺的技术瓶颈。本项目旨在研究大直径HDD孔内流场动力学、岩屑的分布和运移特征。项目将依托中国地质大学非开挖工程实验室，根据相似理论和正交实验原理设计模型实验，对HDD孔内流场的轴向、切向流速、剪切应力、剪切速率等动力学参数进行研究，然后分析不同流场与钻井液性能、钻屑特征和钻进参数之间的耦合关系，掌握大直径HDD孔内岩屑在上述耦合关系下的分布和运移规律，并结合计算机模进行对比分析和验证，建立岩屑运移的数学模型，为增加大直径HDD排屑效率合理选择钻井液、控制钻屑尺寸、泵量、钻压等参数提供理论依据，并为研发新工艺和设备提供理论指导和实验基础，保障我国西气东输工程等大型管道铺设工程的顺利完成。

2.1研究内容

（1）本课题拟研究大直径HDD孔内流场在不同钻进参数下的的轴向流速、切向流速、剪切应力、剪切速率等参数的变化规律；

本课题拟研究孔径为1000mm-1500mm、埋深范围30m-80m、孔内钻井液流速0.01-0.02m/s环境下轴向流场和旋流流场在不同钻进参数的轴向流速、环向流速、剪切应力、剪切速率等参数的变化规律，建立大直径HDD水平孔内流场动力学特征的理论模型，并通过室内模型和计算机模拟对扩孔过程中不同位置的流场进行分析，掌握其动力学变化特征，为研究大直径HDD孔内流场对岩屑运动特征影响奠定基础。

（2）研究大直径HDD扩孔阶段岩屑在孔内运移时的分布和扩散特征、连续性特征、能量变化特征和运移数学模型；

岩屑的运动规律包括岩屑在孔内的分布和扩散特征、连续性特征、能量变化特征等，本课题以现有的岩屑分散方程、连续性方程和动量方程等理论为基础，采用模型实验观测岩屑浓度范围10-15%（体积浓度）时在低流速、高粘度的流场内的分布情况和运动规律，研究不同流场特征、钻进参数和钻井液条件下岩屑在水平孔内的运移规律并建立数学模型。