煤层气水平井钻井中大颗粒岩屑流固耦合运移仿真研究

发布时间：2020-12-08 06:27

　　中国的煤层气资源非常丰富,煤层气的开发对我国能源的可持续发展具有重大意义,必须充分发挥煤层气资源的安全、能源和环境效益。为了提高我国的煤层气开采效益,煤层气水平井钻井技术被广泛应用。在煤层气水平井的钻井过程中,岩屑运移效果的好坏是影响钻井安全的一个非常重要的因素。在井眼环空岩屑浓度处于一定范围时,水平井的钻井施工作业才能安全进行,否则会引起诸多安全问题,如卡钻和井壁坍塌等。而大颗粒岩屑会影响井眼中的岩屑运移,故进行煤层气钻井过程中的大颗粒岩屑运移规律的分析研究十分必要。本论文通过查阅国内外相关文献,对煤层气钻井过程中的岩屑产生机理和运移模型进行了分析总结,对岩屑颗粒进行了受力分析并引入形状系数对其受力公式进行了修正,建立了岩屑颗粒各方向的运动方程。通过对各模型的对比分析,选择计算流体力学与离散单元法的耦合的方法模拟大颗粒岩屑的运移规律,对文献中的实验进行模拟计算并且对比结果,验证了本文模拟方法的适用性和准确性。首先,针对单个不同形状的大颗粒岩屑的运移情况进行了数值模拟分析,得到了不同形状的单个大颗粒岩屑的运移规律及其对井壁的侵蚀和井壁稳定性的影响。然后,结合现场钻井的参数数据,模拟水平... 

【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文的研究思路及方法
第二章 大颗粒岩屑在钻井液中的受力分析
    2.1 岩屑产生机理分析
        2.1.1 钻井残留岩屑
        2.1.2 井壁稳定性差产生岩屑
        2.1.3 基质破裂产生岩屑
    2.2 岩屑颗粒的几何特征
    2.3 岩屑颗粒受力分析
    2.4 岩屑颗粒的运动方程
第三章 单个大颗粒岩屑在井眼环空的运移规律研究
    3.1 理论模型与方法
        3.1.1 离散单元法
        3.1.2 CFD-DEM耦合
    3.2 耦合数学模型的建立
    3.3 方法验证
        3.3.1 实验物理模型
        3.3.2 对比验证
    3.4 单个大颗粒岩屑的运移模拟分析
        3.4.1 模拟方法
        3.4.2 耦合模拟结果分析
    3.5 本章小结
第四章 大颗粒岩屑的几何形状对岩屑运移规律的影响
    4.1 水平井环空模型建立与参数设置
    4.2 不同形状大颗粒岩屑对岩屑运移的影响分析
        4.2.1 环空流场分析
        4.2.2 不同形状大颗粒岩屑对井壁影响分析
        4.2.3 不同形状大颗粒岩屑对岩屑运移速度的影响分析
    4.3 大颗粒片状岩屑的厚度对岩屑运移的影响
        4.3.1 大颗粒片状岩屑的厚度对大颗粒自身运移速度的影响
        4.3.2 大颗粒片状岩屑的厚度对小颗粒运移速度的影响
    4.4 本章小结
第五章 大颗粒岩屑含量对岩屑运移的影响及临界粒径
    5.1 岩屑运移效果的评价方法
    5.2 大颗粒岩屑含量对岩屑运移的影响分析
        5.2.1 模拟方法及参数设置
        5.2.2 大颗粒片状岩屑的不同含量对岩屑运移效果的影响
        5.2.3 大颗粒片状岩屑的不同含量对井壁的影响分析
    5.3 不同钻井液排量下排采直井洞穴处岩屑运移的临界粒径
        5.3.1 排采直井洞穴技术
        5.3.2 排采直井洞穴模型建立与参数设置
        5.3.3 洞穴处不同钻井液排量下的临界粒径计算结果分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与建议
    6.1 结论
    6.2 建议
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]煤层气水力压裂缝内变密度支撑剂运移规律[J]. 杨尚谕,杨秀娟,闫相祯,许建国,樊恒.  煤炭学报. 2014(12)
[2]中国煤层气钻井技术现状及发展趋势[J]. 王益山,王合林,刘大伟,袁孟雷,蒋海涛.  天然气工业. 2014(08)
[3]基于离散单元法的筛管内煤灰颗粒通过性分析[J]. 黄中伟,李根生,王开龙,申瑞臣,闫相祯,金磊,邸飞.  煤炭学报. 2012(12)
[4]流固耦合作用下含水层地下储气库天然气注采运移规律研究"[J]. 王保辉,闫相祯,刘晓东,杨秀娟.  科学技术与工程. 2014(09)
[5]煤层气裸眼洞穴完井造成的应力集中带与煤粉产出的关系[J]. 王庆伟,曹代勇,王佟.  煤田地质与勘探. 2013(06)
[6]充气欠平衡钻水平井井眼净化规律研究[J]. 李小林,李皋,宋巍,崔广亮,陈佳,唐斌.  科学技术与工程. 2013(24)
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博士论文
[1]基于离散单元法气力输送的数值模拟研究[D]. 匡世波.东北大学 2009

硕士论文
[1]水平井岩屑运移规律研究[D]. 宋巍.西南石油大学 2013
[2]基于DEM的立式干燥机颗粒流仿真模拟研究[D]. 杨杰.华中农业大学 2012
[3]受限空间瓦斯爆炸传播规律数值模拟研究[D]. 白岳松.太原理工大学 2012
[4]大位移大斜度井井眼净化研究[D]. 刘双亮.长江大学 2012
[5]水平井环空泡沫携岩流动规律研究[D]. 袁照永.中国石油大学 2009
[6]倾斜井眼内岩屑运移的数值计算与清岩工具设计流场计算[D]. 鹿传世.中国石油大学 2008



本文编号：2904623