竖井掘进机液体洗井系统及流场研究

发布时间：2020-04-14 21:43

【摘要】：随着国民经济发展,资源开采的深度越来越大,立井开拓是深部固体矿产资源开采的最主要开拓方式,而深立井建设成为是其首要环节。钻井法作为一种高度机械化的建井方法,随着井深增大面临越来越多的难以克服的技术难题,在此背景下,国内外高度重视竖井掘进机技术,并开展了相关研究。竖井掘进机施工过程中,洗井排渣一直是难以解决的关键技术难题。为此,本论文研究提出了适用于竖井掘进机的液体洗井排渣系统,并通过数值模拟与模型实验的方法,先后开展了洗井系统硬件参数优化、洗井流场变化规律等问题的研究。首先针对竖井掘进机洗井排渣面临的关键技术难点,研究提出了更具针对性、适用性的竖井掘进机液体洗井排渣方案:通过在掘进机迎头增设密封盘形成能容纳具有一定压力洗井液体的密封舱;通过在刀盘上增设径向射流,提高钻井液的径向流速;通过在排渣管内设置引射流,提高钻井液上返流速。基于此方案,建立了洗井系统的简化模型,并对影响洗井流场的参数进行了初步分析。其次,采用纯流场数值模型,以漫流层分布形态、系统能量损耗等为主要评价指标,对刀盘形状、井底净空高度、射流口参数及引射流口参数等,开展了优化研究,得到了洗井排渣系统较优的参数组合,为后续研究奠定了基础。而后,基于流固耦合模型,以携岩率及清岩率为洗井效果的主要评价标准,对钻井液的密度、粘度以及流量对洗井效果的影响展开了研究。研究表明:钻井液密度与清岩率呈线性正相关,携岩率与钻井液密度大小亦为正相关但增幅渐缓;钻井液流量与清岩率为正相关但增幅逐渐增大,携岩率规律相同;钻井液粘度对清岩率及携岩率,则呈现随粘度增大,清岩率与携岩率均先减小后增大的规律。最后,设计了竖井掘进机洗井系统模拟实验台,并通过模型实验台对钻头转速及流量对洗井效果的影响进行研究。同时,将物理模拟实验结果与数值模拟计算结果对比,检验数值模拟及物理实验结果的可靠性。研究表明:清岩率与携岩率随着转速增加逐渐提高,但增幅逐渐降低;清岩率与携岩率随流量变化规律相同。在物理模拟转速为4r/min,排渣管内流速为1.4m/s时,可以将井底岩屑完全带出。此外,物理模拟中流量对携岩率及清岩率的影响规律与数值模拟所得规律一致;在相近工况下,携岩率以及清岩率误差在30%左右,认为结果可靠。
【图文】：

（a）实物照片 （b）结构图图 1-1 241SB-184 型竖井掘进机 图 1-2 20-24FT 型竖井掘进机结构Figure 1-1 241SB-184 shaft boring machine Figure 1-2 Schematic diagram of 224FT shaft boring machine另外，德国海瑞克公司与澳大利亚力拓集团合作研发了可供 2000m 深施工的撑靴式立井掘进机（SBM）。另外，该公司研发的截削式立井掘进机(S在加拿大 1000m深的冻结立井施工中得到了成功应用 。值得指出的是这两机在排渣系统上与以往的钻机不同，对刀头进行了改进，使得刀头破岩后产岩屑直接被收集起来，随后通过类似履带的传送装置运到吊桶中，随后排出（如图 1-3 所示）。

（a）实物照片 （b）结构图图 1-1 241SB-184 型竖井掘进机 图 1-2 20-24FT 型竖井掘进机结构Figure 1-1 241SB-184 shaft boring machine Figure 1-2 Schematic diagram of 224FT shaft boring machine另外，德国海瑞克公司与澳大利亚力拓集团合作研发了可供 2000m 深施工的撑靴式立井掘进机（SBM）。另外，该公司研发的截削式立井掘进机(S在加拿大 1000m深的冻结立井施工中得到了成功应用 。值得指出的是这两机在排渣系统上与以往的钻机不同，对刀头进行了改进，使得刀头破岩后产岩屑直接被收集起来，随后通过类似履带的传送装置运到吊桶中，，随后排出（如图 1-3 所示）。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD26

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 田东富;;流程洗井方法创新技术研究与应用[J];化工管理;2017年23期

2 王雄飞;;对注水井洗井质量问题的分析[J];山东工业技术;2013年12期

3 李彦民;;影响注水井洗井质量问题分析[J];科技与企业;2012年13期

4 ;提高循环洗井车利用率[J];石油工业技术监督;2012年11期

5 黄海涛;;多通阀解决洗井难题[J];中国石油石化;2009年12期

6 李呈义;;弱酸洗井技术[J];地下水;1990年02期

7 宁远明;论洗井[J];合肥工业大学学报(自然科学版);1987年03期

8 程兴华;;洗井方法与应用效果初探[J];农田水利与小水电;1987年03期

9 韩金庄,丁培勤;液态CO_2洗井在小口径观测孔中的应用[J];探矿工程;1988年06期

10 丁彪龙;;井口密封反冲洗井法[J];勘察科学技术;1988年03期

相关会议论文 前10条

1 张道富;高景春;;盐酸二氧化碳洗井方法的应用[A];第三次全国地热学术会议论文选集[C];1989年

2 黄光寿;黄凯;贾金松;吴祖成;;煤炭地质勘查水文孔洗井技术探讨[A];河南地球科学通报2011年卷（下册）[C];2011年

3 ;中油特种车辆有限公司[A];2007年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2007年

4 任晓明;毛建文;赵鹏;胡天宝;王亚超;何李冬;;汽化水洗井工艺在彭阳侏罗系油藏的应用研究[A];第十二届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集[C];2016年

5 梁勇旗;;排水减压井洗井新工艺[A];广东省水力发电工程学会论文集[C];2009年

6 张耀刚;贾浩民;任发俊;王强军;刘炳森;曹成寿;沈云波;;靖边气田低压气井低伤害洗井工艺技术研究[A];低碳经济促进石化产业科技创新与发展——第六届宁夏青年科学家论坛论文集[C];2010年

7 南北杰;慕志虎;李文学;丁金刚;魏智胜;;热油洗井在靖安油田大路沟一区的应用及效果评价[A];石化产业科技创新与可持续发展——宁夏第五届青年科学家论坛论文集[C];2009年

8 南北杰;丁金岗;魏智胜;;热油洗井在靖安油田大路沟一区的应用及效果[A];低碳经济促进石化产业科技创新与发展——第六届宁夏青年科学家论坛论文集[C];2010年

9 张艳伟;宋艳春;刘中伟;;DQG5200TJC注水井自循环洗井车的研制[A];2011年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2011年

10 张玉秋;杜宁波;杨露;张小衡;张道平;于丹丹;周圣昊;;注水井撬装环保洗井技术试验及应用[A];创新·质量·低碳·可持续发展——第十届宁夏青年科学家论坛石化专题论坛论文集[C];2014年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报记者 张云普 特约记者 许新;成本降效率提产量增[N];中国石油报;2019年

2 谢江 赵明琨 朱一麟;非常规洗井作业产生“非常效益”[N];中国石化报;2016年

3 本报记者 王志田 通讯员 王篪;洗井专业化:新机制凸显新成效[N];中国石油报;2015年

4 通讯员 卓利峰 黎高景 文献稳;探寻提高效益运营能力的秘诀[N];中国石油报;2005年

5 杨庆　徐玮;前10个月洗井影响同比下降41%[N];中国石化报;2011年

6 王秉;新型洗井法大幅降低开发成本[N];中国石化报;2007年

7 山西煤田地质勘探114队 王素国;盐酸在洗井中的应用[N];山西科技报;2004年

8 实习记者 张然;油田洗井有了“好把式”[N];大庆日报;2012年

9 周宏;运用负压洗井新工艺保护低渗透油层[N];中国石油报;2004年

10 时胜利;河北涿州招标采购洗井机设备[N];政府采购信息报;2011年

相关博士学位论文 前2条

1 刘洪军;注水井不外排循环洗井理论与关键技术研究[D];东北石油大学;2016年

2 申永宽;油气藏注水及压裂过程中地层物性演化规律和机理研究[D];中国科学技术大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 徐鹏志;多参数洗井检测仪的研究[D];吉林大学;2019年

2 孟陈祥;竖井掘进机液体洗井系统及流场研究[D];中国矿业大学;2019年

3 马军鹏;便携式自循环智能洗井装置研制[D];西安石油大学;2012年

4 于春新;自循环不泄压洗井技术研究与应用[D];东北石油大学;2017年

5 薄刃剑;洗井油层防污染工艺管柱研究[D];东北石油大学;2016年

6 吴大军;油田自动洗井系统的研究[D];黑龙江大学;2007年

7 曲延吉;基于单片机的油田自动洗井数据采集系统的研究[D];东北石油大学;2014年

8 李成东;聚驱及三元驱注入井洗井返出液回收利用技术研究[D];吉林大学;2011年

9 桂斌;热洗井自动化控制[D];东北石油大学;2015年

10 徐玉建;大修磨铣井反循环洗井装置的设计与结构优化[D];东北石油大学;2017年

本文编号：2627731