مدل سازي عددي اثر اتصالات لوله حفاري برروي افت فشار اصطكاكي گل حفاري هرشل-بالكي در حفاري چاه‌هاي نفتي

Numerical modeling of tool-joint effect on non-Newtonian drilling fluids following the Herschel–Bulkley model flow behavior in oil well drilling

در اين مقاله، بررسي رفتار جريان سيال غيرنيوتني و به‌طور ويژه افت فشار اصطكاكي در اتصالات جوشكاري شده در هندسه‌هاي متفاوت با توجه به استاندارد IADC ]1[ از طريق شبيه سازي عددي انجام پذيرفته‌است. فرآيند شبيه‌سازي با استفاده از 6 سيال حفاري داراي خواص ويسكوپلاستيك متفاوت، پيرو مدل غيرنيوتني هرشل-بالكلي (6 سيالي كه در ميادين نفتي جنوب كشور استفاده مي‌شوند) انجام شده‌است و جهت مقايسه و اعتبارسنجي از دو مدل تواني و نيوتني كمك گرفته شده‌است. پس از آن اثر متغيرهاي هندسي مانند نسبت قطر و خروج از مركز فضاي حلقوي در اين هندسه خاص مورد بررسي قرار گرفته‌است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه وجود اتصالات تأثير بسزايي در افزايش افت فشار در چاه دارد. براي مدل نيوتني حداكثر تا 18 درصد، و براي مدل‌هاي تواني و هرشل- بالكلي به ترتيب حداكثر تا 7 و 3 درصد افزايش در افت فشار فضاي حلقوي مشاهده شد.

In this paper, the behavior of fluid flows and frictional pressure losses in weld-on tool-joints of different grades according to the IADC standard manual was studied using CFD simulations. The simulations were conducted using six drilling fluids with different viscoplastic properties, following the Herschel–Bulkley model of Non-Newtonian fluids.( these six fluids used in oil fields in the south of the country). Also Power-Law and Newtonian models are used for validation. Then the effect of geometric variables like diameter ratio and eccentricity of the circular space in this particular geometry is investigated. The results show that tool-joints significantly affect the frictional pressure loss in the annulus.The frictional pressure loss increased up to 18% for Newtonian model and up to 7% and 3% for Power-Law and Herschel-Bulkley‌ models respectively.