松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制
发布时间：2021-07-31 21:25
为解决常规套管钻具应用软煤层钻进存在着钻进阻力大、效率低的技术难题,提出"护孔卸压"钻进新观点,建立护孔钻进旋转阻力矩模型、轴向阻力模型及护孔数值模型,分析常规套管钻具应用于软煤层钻进存在的技术缺陷,探讨"护孔卸压"钻进工艺方法实现卸压、降阻的力学机制。结果表明:受软弱煤岩层钻孔收缩产生的围压影响,应用常规套管钻具钻进,在较短的钻孔深度范围内其旋转阻力矩和轴向阻力超过了钻机的额定扭矩及提拔力,钻杆将无法旋转及退钻,致使钻进终止;通过在套管钻具表面设置间隙或孔结构,减小护孔钻杆与钻孔壁的接触面积,为钻孔孔壁留设变形空间,钻杆表面形成的"卸压区"释放了钻杆周围煤体膨胀应力,并且旋转的钻杆不断切除膨胀的煤体,降低了软煤钻孔膨胀变形对钻杆产生的摩擦阻力;提出护孔面积比Sk概念,用来表征钻杆表面孔隙留设面积大小,伴随Sk减小,其旋转阻力矩和轴向钻进阻力呈逐渐降低趋势,降低幅度可达50%以上,从而降低了钻机的动力损耗,有效提高松软煤层的钻孔深度。基于"护孔卸压"原理,构建了螺旋护孔钻杆模型和多孔结构护孔钻杆模型,在实际应用中,结合施工地点的煤岩力学参数,...
【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
钻孔收缩示意
基于套管钻具结构,考虑软弱地层变形收缩,假设钻孔孔壁与套管钻具完全接触、钻杆与钻孔中心线同轴,建立套管钻具旋转阻力矩力学模型,如图2所示。结合图2,钻杆旋转阻力着重考虑以下2方面:
式(8)拟合套管钻具旋转阻力矩TA与钻孔深度l之间的关系如图3所示。基于图3,应用常规套管钻具钻进时,伴随钻孔深度的增长,钻机需要克服钻杆旋转阻力形成的扭矩越大,例如,当应用ZDY6000钻机时,当TA达到钻机的最大扭矩6 000 N·m时,根据式(8),可求得钻孔深度仅能达到38 m,假设应用更大功率的ZDY10000钻机,钻孔深度仅能提高到63.3 m。可见,应用常规套管钻具钻进,在上述条件下,即使应用更大功率的钻机,钻孔深度提高非常有限,因此,盲目提高钻机动力并非是解决常规套管钻杆应用效果的有效手段。
【参考文献】：
期刊论文
[1]YSDC矿用电磁波随钻测量系统及在煤矿井下空气钻进中的应用[J]. 汪凯斌. 煤矿安全. 2019(07)
[2]空气螺杆马达软煤定向成孔技术研究[J]. 张杰,王毅,黄寒静,王传留. 煤炭科学技术. 2018(11)
[3]高转速螺旋钻进技术在松软煤层中的应用[J]. 赵建国,杨虎伟. 煤矿安全. 2017(08)
[4]特殊地质条件下深钻孔排渣技术及应用[J]. 伍清,牛宜辉. 中国安全生产科学技术. 2016(05)
[5]瓦斯抽采钻孔棱状钻杆排渣原理数值模拟[J]. 王永龙,刘春,孙玉宁,宋维宾,王振锋. 安全与环境学报. 2015(04)
[6]松软突出煤层钻进钻孔堵塞力学特征[J]. 王永龙,孙玉宁,王振锋,宋维宾. 煤炭学报. 2015(S1)
[7]基于GSI原理瓦斯抽采钻孔收缩比评估方法及其应用[J]. 王永龙,孙玉宁,翟新献,王振锋. 中国安全生产科学技术. 2015(02)
[8]瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用[J]. 王永龙,宋维宾,孙玉宁,翟新献,王振锋. 重庆大学学报. 2014(09)
[9]煤层气井完井用PE筛管的地质适应性分析[J]. 时文,申瑞臣,屈平,苏海洋,付利. 天然气工业. 2013(04)
[10]我国煤层气矿井中—长期抽采规模情景预测[J]. 袁亮,秦勇,程远平,孟建兵,申建. 煤炭学报. 2013(04)
博士论文
[1]JSL-30型卵砾石地层地震勘探孔钻机、钻具及钻进参数检测系统的的研究[D]. 赵大军.吉林大学 2005
本文编号：3314212
【文章来源】：煤炭学报. 2020,45(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
钻孔收缩示意
基于套管钻具结构,考虑软弱地层变形收缩,假设钻孔孔壁与套管钻具完全接触、钻杆与钻孔中心线同轴,建立套管钻具旋转阻力矩力学模型,如图2所示。结合图2,钻杆旋转阻力着重考虑以下2方面:
式(8)拟合套管钻具旋转阻力矩TA与钻孔深度l之间的关系如图3所示。基于图3,应用常规套管钻具钻进时,伴随钻孔深度的增长,钻机需要克服钻杆旋转阻力形成的扭矩越大,例如,当应用ZDY6000钻机时,当TA达到钻机的最大扭矩6 000 N·m时,根据式(8),可求得钻孔深度仅能达到38 m,假设应用更大功率的ZDY10000钻机,钻孔深度仅能提高到63.3 m。可见,应用常规套管钻具钻进,在上述条件下,即使应用更大功率的钻机,钻孔深度提高非常有限,因此,盲目提高钻机动力并非是解决常规套管钻杆应用效果的有效手段。
【参考文献】：
期刊论文
[1]YSDC矿用电磁波随钻测量系统及在煤矿井下空气钻进中的应用[J]. 汪凯斌. 煤矿安全. 2019(07)
[2]空气螺杆马达软煤定向成孔技术研究[J]. 张杰,王毅,黄寒静,王传留. 煤炭科学技术. 2018(11)
[3]高转速螺旋钻进技术在松软煤层中的应用[J]. 赵建国,杨虎伟. 煤矿安全. 2017(08)
[4]特殊地质条件下深钻孔排渣技术及应用[J]. 伍清,牛宜辉. 中国安全生产科学技术. 2016(05)
[5]瓦斯抽采钻孔棱状钻杆排渣原理数值模拟[J]. 王永龙,刘春,孙玉宁,宋维宾,王振锋. 安全与环境学报. 2015(04)
[6]松软突出煤层钻进钻孔堵塞力学特征[J]. 王永龙,孙玉宁,王振锋,宋维宾. 煤炭学报. 2015(S1)
[7]基于GSI原理瓦斯抽采钻孔收缩比评估方法及其应用[J]. 王永龙,孙玉宁,翟新献,王振锋. 中国安全生产科学技术. 2015(02)
[8]瓦斯抽采钻孔堵塞段力学模型及其应用[J]. 王永龙,宋维宾,孙玉宁,翟新献,王振锋. 重庆大学学报. 2014(09)
[9]煤层气井完井用PE筛管的地质适应性分析[J]. 时文,申瑞臣,屈平,苏海洋,付利. 天然气工业. 2013(04)
[10]我国煤层气矿井中—长期抽采规模情景预测[J]. 袁亮,秦勇,程远平,孟建兵,申建. 煤炭学报. 2013(04)
博士论文
[1]JSL-30型卵砾石地层地震勘探孔钻机、钻具及钻进参数检测系统的的研究[D]. 赵大军.吉林大学 2005
本文编号：3314212
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3314212.html
