شبیه سازی CFD جریان دو فازی گل حفاری و کندهها با استفاده از مدل توسعه یافته هرشل بالکلی

در این مقاله جریان دوفازی گل حفاری(سیال غیرنیوتنی) و کندهها به روش دینامیک سیالات محاسباتی شبیهسازی شده است. جریان دو فازی مایع- جامد، بین دیواره چاه و رشته حفاری (آنالوس هممرکز و ناهممرکز) حرکت میکند. کندهها به عنوان فاز جامد و مدل توسعه یافته هرشل بالکلی برای محاسبه تنش، درنظر گرفته شده است. با استفاده از دادههای تجربی گزارش شده برای جریان گل حفاری، پارامترهای مدل غیرنیوتنی تعیین و پروفایل سرعت محوری وچرخشی برای آنالوس هممرکز و ناهممرکز اعتبارسنجی شده است. سپس اثرات دبی جریان، سرعت چرخش شفت، نوع سیال، سرعت نفوذ مته، اندازه کندهها و غیرهممرکز بودن بر درصد حمل کندهها و افت فشار بررسی شده است. نتایج نشان میدهد که انتخاب نوع سیال بسیار مهم بوده و با افزایش تنش تسلیم و گرانروی گل، درصد حمل کندهها افزایشمییابد ولی در اینصورت توان هیدرودینامیکی بیشتری مورد نیاز است که موجب افزایش هزینه میگردد. با افزایش دبی جریان کندههای بیشتری از ته چاه به سطح زمین منتقل می شود ولی افت فشار نیز افزایش مییابد که در این شرایطباید مقدار بهینه دبی جریان تعیین گردد. شبیهسازی نشان میدهد که ذرات ریز در مقایسه با ذرات درشت، راحتتر انتقال مییابد. و سرعت چرخش رشته حفاری نیز بر انتقال کندهها تاثیر مثبت دارد. اما خرد کردن ذرات و سرعتچرخش نیز هزینهبر میباشد. برای بهینه سازی اقتصادی و فنی حفاری به منظور ماکزیمم حمل کندهها برای هرکدام ازاین پارامترهای بیان شده، نقطه بحرانی وجود دارد که کاهش یا افزایش آن به صرفه اقتصادی و فنی نمیباشد