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

Abstract

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.