基于水力振荡器力学特性的全井钻柱动力学研究

发布时间：2017-12-30 11:24

  本文关键词：基于水力振荡器力学特性的全井钻柱动力学研究　出处：《西南石油大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 水力振荡器 修正摩擦系数 瞬态动力学 安装位置 振动参数

【摘要】：页岩气钻井过程中常常采用长位移水平井钻井技术,为了充分暴露产层,需要尽可能地增大水平段延伸距离。在页岩气水平井钻井过程中,随着水平段长度的增加,容易出现摩阻过大所导致钻压传递困难,形成托压效应,进而大幅降低机械钻速。在释放托压效应、降低钻柱摩阻的提速方法中,水力振荡器(Axial Oscillation Tool或Agitator)具有良好的应用效果和发展前景。本文对前人在摩擦学原理研究中大量的实验与理论成果进行分析,结合水力振荡器的工作原理,分析了托压难以释放的原因,探讨了摩擦与滑动速度的关系,认识到摩擦系数在一定范围内会随着相对滑动速度的增大而降低。确定了钻柱钢材与井壁岩石之间的接触特性符合Dieterich-Ruina摩擦定律,进而对摩擦系数的计算方法进行了修正。本文基于弹性力学理论和有限元分析方法,考虑钻柱与井壁之间的接触,建立了真实井眼轨迹内水平井全井钻柱动力学模型。当钻柱与井壁发生接触并产生相对运动时,将采用Dieterich-Ruina摩擦定律对摩擦系数进行修正。根据动力学模型,对带水力振荡器全井段钻柱的瞬态动力学特征进行了模拟,计算了滑动钻进过程中钻柱累计摩阻、井口轴向载荷、水力振荡器前后不同位置处钻杆立柱所受到的轴向摩擦力和轴向载荷的时间响应结果,分析了水力振荡器安装位置、最大振荡力和工作频率等因素对水力振荡器降摩减阻效果的影响。对全井段钻柱模拟结果分析表明：动力学方法的累计摩阻计算结果比静力学方法小25.5%左右；安装水力振荡器后,全井段钻柱累计摩阻将降低17%左右；水力振荡器对钻柱产生显著摩阻降低效果大约在安装位置前后360m钻柱范围内,且距离水力振荡器越远,摩擦力降低比例越小,但在钻头附近出现明显的摩擦力降低；水力振荡器的安装位置越靠近钻头,或最大振荡力越大,或工作频率越高都会使得钻柱累计摩阻少量降低。其中,安装位置靠近钻头,安装位置附近钻柱轴向摩擦力降低比例将会增大；当最大振荡力超过40kN时,水力振荡器附近钻柱的轴向摩擦力降低比例越小,因此需要将最大振荡力控制在40kN以下；当工作频率超过17Hz时,水力振荡器附近钻柱的轴向摩擦力降低比例反而越小。同时,安装位置越靠近钻头,或最大振荡力越大,或工作频率越高,都将使得下部钻具组合轴向载荷上升。推荐的水力振荡器使用参数(Φ172mm水力振荡器)：安装位置控制在钻头后200m-360m处,振荡力产生参数组合选取水力压降650psi-开泵面积11 in2或水力压降550psi-开泵面积16in2,工作频率控制在16Hz-17Hz范围内。本文研究结果可为水平井钻井过程中确定合理水力振荡器使用参数提供理论支持。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE927

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本文编号：1354711