Нестационарная термически-неравновесная модель для предсказания выноса шлама при бурении наклонно-направленных скважин

Представлена нестационарная математическая модель для моделирования движения шлама в потоке бурового раствора при бурении горизонтальных и наклоннонаправленных скважин. В основе лежит двухслойная модель, которая учитывает шлам в потоке флюида, а также неподвижную шламовую подложку. Приведены соотношения, которые позволяют рассчитывать массообмен между подложкой и шламом в потоке, трение и теплообмен шлама с потоком флюида, а также теплообмен флюида и подложки с затрубным пространством. Реализованы опции для моделирования движения флюида с обычной и неньютоновской реологией. Предполагается, что жидкость двигается в кольцевом канале, образованном стенкой скважины и буровой колонной. Учитывается наличие эксцентриситета в канале. Для моделирования движения и теплообмена шлама и флюида решается система уравнений, которая отражает собой законы сохранения массы, энергии и импульса для каждого компонента в отдельности. Численная реализация основана на методе конечных объемов, конвективные члены записаны в противопоточном виде. Представлены результаты тестовых расчетов, демонстрирующих работоспособность предложенной модели. Рассмотрена задача по вытеснению шлама из произвольно-ориентированной скважины. Transient thermal-nonequilibrium mathematical model for prediction of cutting removal during drilling of directional wells is presented in current paper. The model is based on two-layer model that takes into account the cutting in the fluid flow and motionless cutting substrate. The paper gives the relationships that allow calculating the mass exchange between the substrate and the cutting in the stream, the interphase friction and heat transfer between cutting and fluid flow and fluid flow with walls of the well. Options for simulation of Newtonian and non-Newtonian fluid are implemented into the model. It is assumed that the fluid moves in the annular channel formed by the well walls and the drill string. The presence of eccentricity in the channel is taken into account. To simulate the motion and heat transfer, a system of mass, momentum and energy equations is solved. Numerical method is based on control volume approach. There are some calculation results that demonstrate ability of the model to simulate displacement of the cutting from the well.