شبیه سازی جریان دو فازی گاز– مایع در روش حفاری زیرتعادلی (ubd) در حالت گذرا با استفاده از مدل دوسیالی

یکی از روش های نوین حفاری چاه های نفت و گاز که به دلیل ویژگی های مثبت، توجه زیادی به آن شده است، حفاری زیر تعادلی (underbalanced drilling) یا به اختصار ubd می باشد. در این روش با کم کردن وزن هیدرواستاتیک سیال حفاری از طریق تزریق سیال دو فاز، فشار ته چاهی کمتر از فشار مخزن نگه داشته می‏شود. کاربرد این روش در حفاری افقی و مایل کمتر مورد توجه قرار گرفته است. لذا در تحقیق حاضر، شبیه‏سازی عددی جریان‏های دو فازی غیر دائم هم دما با استفاده از مدل دوسیالی تراکم‏پذیر چهار معادله‏ای، در چاه‏های افقی، مایل و عمودی انجام می‏شود. پس از بیان معادلات حاکم و آنالیز هایپربولیکی آنها، روش عددی ترکیبی تجزیه بالا دست فرارفت (ausm) که برای حل معادلات نیاز به محاسبه ماتریس ژاکوبین سیستم ندارد، معرفی خواهد شد. شبیه سازی عددی نشان می‏دهد که این روش عددی قابلیت بالایی در تحلیل جریان‏های دو فازی دارد. به منظور اعتبارسنجی کد نوشته شده برای لوله‏های افقی، مایل و عمودی، چندین مسئله جریان دو فازی مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه چندین حلقه چاه نمونه شبیه‏سازی می‏شود. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که در تمام شرایط جریانی درون دالیز، به دلیل افت فشاری ناشی از اصطکاک و گرانش، در جهت جریان همواره کسر حجمی گاز و سرعت‏های دو فاز افزایش و فشار کاهش می‏یابد. همچنین درون لوله حفاری افقی، به دلیل افت اصطکاکی، فشار همواره کاهش و سرعت دو فاز و کسر حجمی گاز افزایش می‏یابد. ولی در جهت جریان درون لوله حفاری در نواحی شیبدار، به دلیل وزن ستون سیال، فشار افزایش و کسر حجمی فاز گاز و سرعت‏های دو فاز کاهش می‏یابد.