摘要：深井鉆井時,準確預測環空摩擦壓降是保證井筒壓力預測精度的關鍵,鉆井液流速、鉆桿轉速及環空偏心度是影響環空摩擦壓降的重要因素。為研究多種因素耦合作用下環空摩擦壓降的變化規律,建立了水平井環空鉆井液流動模型,對冪律流體在層流和湍流條件下的流動特性開展了數值模擬。模擬結果表明:層流狀態下,偏心度和鉆桿轉速單獨作用時,都會導致環空摩擦壓降減小;偏心度和鉆桿轉速共同作用時,環空摩擦壓降隨偏心度先增大后減小,這與偏心環空中慣性效應對螺旋流的破壞作用有關。湍流狀態下,鉆桿轉速對同心環空的摩擦壓降幾乎沒有影響;偏心環空中,隨著鉆桿轉速增大,不同偏心度下的環空摩擦壓降值逐漸增加,且都逐漸趨近于同心環空摩擦壓降。基于數值模擬數據,建立了層流和湍流條件下考慮鉆桿轉速和偏心度耦合作用的環空摩擦因子預測模型,該模型對模擬數據的最大擬合誤差為9.18%,對試驗數據的最大預測誤差為8.33%。研究結果可為深井鉆井時井筒壓力控制和水力參數優化提供參考。
