本文關鍵詞：井底高壓射流鉆井技術在海拉爾盆地的應用研究

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【摘要】：海拉爾盆地地質沉積環(huán)境復雜,部分地層呈不等厚互層,且呈不整合接觸。尤其,南屯組以下地層以粉砂巖和砂礫巖為主,地層巖性堅硬、研磨性強,深部井段鉆井速度較低。超高壓射流鉆井技術適用于深部地層、堅硬地層及井眼軌跡難控制等地層,在提高機械鉆速等方面取得了顯著效果。因此,可根據對海拉爾鉆井技術難點和井底增壓技術的適應性,開展海拉爾盆地鉆井提速技術方面的研究。本文首先對高壓射流破巖機理進行了研究。剪切破巖機理忽略巖石流體的耦合作用,根據Mohr-Coulomb準則建立了巖石損傷變量演化方程和本構關系模型。水楔膨脹破巖機理認為射流破巖機理與液壓壓裂過程類似。水力切割破巖理論主要包括Crow切割理論模型和Rehbinde切割理論模型,兩個理論模型雖然假設條件不同,但都認為高壓射流使巖石晶粒發(fā)生脫落,從而使巖石發(fā)生破碎。應力波作用-射流準靜態(tài)壓力理論認為射流破巖是射流和巖石界面相互耦合作用的結果。其次,對海拉爾盆地的地質特征開展研究。對南屯組二段以下地層的巖性特征分析,地層硬度大,含有砂礫巖夾薄層,研磨性強,制約了鉆井速度;對南屯組二段以下地層巖石的力學特性開展研究,該地區(qū)巖石抗壓強度較大,而內聚力和抗拉伸強度較小;對南屯組二段以下地層巖石粒度特征開展研究,該層段存在粒徑較大的砂礫巖,研磨性強,且以泥質膠結和灰質膠結為主,地層硬度較大。根據高壓射流破巖機理,海拉爾盆地深部井段適合采用井下高壓射流鉆井。然后,開展不同條件下高壓射流破巖實驗優(yōu)選出破巖效果最佳的水力參數。由不同噴距條件下實驗結果知,隨著噴距的增加,射流沖蝕巖石的體積先增加后減小,噴距最優(yōu)值約為6.0mm。由不同噴射角度條件下實驗結果知,隨著噴射角度的增加,巖石沖蝕體積先增大后減小,噴射角度的最優(yōu)值約為13.5°。由不同噴嘴移動速度條件下實驗結果知,隨著噴嘴移動速度的增加,巖石的沖蝕體積呈減小的趨勢。由不同射流壓力條件下實驗結果知,射流壓力的最優(yōu)值為150MPa。最后,開展了井底增壓技術在海拉爾盆地的應用研究。優(yōu)選出適合海拉爾盆地的井底增壓器類型為螺桿式和鉆頭類型為超高壓雙流道PDC鉆頭。根據高壓射流實驗,得到鉆頭的超高壓鉆井液流道的角度以流道尾端的延伸方向與巖石表面的垂線的夾角為13.5°最佳;當高壓噴嘴個數為2個時噴嘴直徑為1.35mm,當高壓噴嘴個數為4個時噴嘴直徑為0.96mm。開展了井底增壓技術在海拉爾盆地現場實驗,結果表明井底增壓技術可使鉆井速度大幅度提高,并且鉆頭磨損程度較小。
【關鍵詞】：井底 高壓射流 海拉爾盆地 應用研究
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TE242
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTARCT6-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 研究目的和意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-15
• 1.3 本文的主要研究內容15-17
• 第2章 井下高壓射流破巖機理17-26
• 2.1 剪切破巖機理17-19
• 2.2 水楔膨脹破巖機理19-21
• 2.3 切割理論模型21-22
• 2.4 應力波作用-射流準靜態(tài)壓力理論22-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第3章 海拉爾盆地地質特征研究26-33
• 3.1 區(qū)塊層位特征26-28
• 3.2 地區(qū)巖石力學特性分析28-31
• 3.2.1 巖石抗壓強度28-30
• 3.2.2 巖石抗拉強度30-31
• 3.3 巖石的粒度特征31-32
• 3.4 本章小結32-33
• 第4章 高壓淹沒射流破巖實驗研究33-49
• 4.1 實驗方案33
• 4.2 不同噴距對射流沖蝕效果的影響33-39
• 4.3 噴射角度對射流沖蝕效果的影響39-41
• 4.4 噴嘴移動速度對射流沖蝕效果的影響41-44
• 4.5 不同射流壓力對射流沖蝕效果的影響44-48
• 4.6 本章小結48-49
• 第5章 井底增壓技術在海拉爾盆地的適應性研究49-63
• 5.1 海拉爾盆地井底增壓器的優(yōu)選49-53
• 5.1.1 基于井底增壓器的適用條件優(yōu)選井底增壓器49-50
• 5.1.2 基于巖石力學特性優(yōu)選井下增壓器50-51
• 5.1.3 超高壓雙流道PDC鉆頭的設計51-53
• 5.2 井底增壓技術在海拉爾盆地的應用效果分析53-62
• 5.2.1 根據高壓射流實驗確定鉆井參數53-55
• 5.2.2 井底增壓技術在H-1 井的應用效果55-56
• 5.2.3 井底增壓技術在H-2 井的應用效果56-57
• 5.2.4 井底增壓技術在H-3 井的應用效果57-59
• 5.2.5 井底增壓技術在H-4 井的應用效果59-60
• 5.2.6 井底增壓技術在H-5 井的應用效果60-62
• 5.3 本章小結62-63
• 結論63-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果66-67
• 參考文獻67-70

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