随着海洋油气开发力度的不断加大,油气资源勘探开发从陆地转向海洋、浅海转向深海已成必然趋势。然而,与陆地钻井相比,海洋钻井环境更加复杂,易于出现常规钻井技术手段难以解决的问题。由于大尺寸隔水管的存在,深水钻井携岩所需的钻井液最小排量远大于陆地和浅海钻井,但增大循环排量又会导致循环流阻增大、立压增加、泵效率降低,井底压力和冲刷的增大容易引起井漏、泵寿命降低、非生产时间增大等问题。为解决上述问题,本文提出了在井筒变径附近安装分流短节的方法,基本思路是通过采用分流的方式,使得钻井液排量和环空流速在井筒方向有一个合理的分配,以期能够降低循环压耗、降低泵压、减小液流对小井眼的冲刷,提高大尺寸井眼的钻井液清岩和携岩效率,提高钻井泵的效率,降低钻井泵维护频率。本文根据流体力学基本方程,建立了钻井液分流情况下流动参数的计算模型,运用试算法,计算得出了某种海洋井井身结构下的分流短节安装位置,以及喷嘴直径不同时的计算结果。利用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法,定量评价了不同分流短节安装位置、喷嘴直径对钻井液分流效果的影响,结果表明:在泵排量不变的条件下,安装分流短节后,循环系统压耗降低,钻井泵压和钻井泵总水功率降低,钻井泵功率利用率提高,小井眼井段环空返速降低,井底环空和表层套管环空中钻井液的上返速度均满足携岩要求;在模拟计算的八种不同情况中,分流短节安装在井深214m处,分流喷嘴直径为16mm时的钻井液分流的有益效果最为明显。优选后的分流短节喷嘴直径为16mm,对深水井给定排量和给定泵压条件下的钻井液流动进行了模拟计算,结果表明:在大排量124L/s的条件下,深水井不分流时隔水管内环空返速提升很小,但系统循环压耗和泵压大幅提高,超过钻井泵的额定泵压;安装分流短节后,泵功率利用率提高,系统循环压降减小,泵压由41.65MPa降低至30.65MPa;在给定合适排量82L/s的条件下,不分流时泵压为19.44MPa,符合现场实际采用的额定泵压,但隔水管内的钻井液上返速度较低,安装分流短节后,系统循环压耗和钻井泵压减小,泵功率利用率提高;在给定泵压19.44MPa的条件下,安装分流短节后,排量由82L/s提升到97.5L/s,隔水管内钻井液环空返速由0.19m/s提升至0.22m/s,泵效率由0.204提升至0.338,可见在保持合适的泵压值不变的情况下,通过钻井液分流可以提高泵排量和泵功率利用率,有效地提高了隔水导管中的钻井液上返速度和携岩效率。