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摘要
深部油气藏埋藏较深,钻遇复杂层系较多,受地质及工程因素影响,井壁坍塌或缩径现象更加突出。采用实验或理论方法研究不规则井眼注水泥问题成本高、难度大,常规数值模拟难以追踪井壁坍塌或缩径扰动引起的顶替界面突变特征。因此提出基于相场法的注水泥顶替数学模型,以表面张力为耦合变量,用Navier-Stokes方程描述流体流动,用Cahn-Hilliard方程追踪顶替界面变化,解决了井壁不规则引起的数值模拟不易收敛的难题,并通过数值方法模拟了注水泥时的流场及顶替界面演变过程,揭示了井壁坍塌或缩径对顶替效率的影响机理和规律。模拟发现井壁坍塌或缩径扰动会引起旋涡。扩径井段,旋涡强度较小时扩径区被顶替液不易被"旋出",从而产生滞留或顶替死角;扩径率超过15%时,井壁坍塌对被顶替液滞留现象的影响越来越严重;缩径井段,旋涡会使下游产生混浆现象;缩径超过10%后,缩径对混浆影响越来越严重。研究表明,相场法解决了井壁不规则导致的注水泥顶替数值模拟时不容易收敛的问题,有助于揭示井壁坍塌或缩径影响注水泥顶替效率的作用机理。
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单位长江大学; 中国石油集团渤海钻探工程有限公司第二固井分公司; 中海石油（中国）有限公司湛江分公司
