深水导管喷射钻进虚拟仿真研究

发布时间：2020-06-15 01:12

【摘要】：针对深水海底具有低温、土质疏松等特点,采用常规的钻井方法常常存在固井质量低、井口易失稳等风险,而导管喷射下入技术能够有效应对浅层钻井中的技术难题。在喷射下入过程中,利用高压射流冲击破坏浅层土形成比导管外径略小的井眼,导管到位后利用表层导管与周围土体之间逐渐恢复的摩擦力来支撑导管及井口设备的浮重。本文根据水射流理论推导出排量与扩孔直径之间的数量关系,以此为基础进行满足破岩要求和满足携岩要求的排量设计;根据钻压设计原则,对导管到位钻压的计算进行分析;基于管柱力学及前人研究成果,总结导管下到位后初始承载力、极限承载力、实时承载力、解脱送入工具阶段和表层套管悬挂井口固井阶段导管轴向载荷的理论计算公式,绘制考虑承载力时间效应的导管最小下入深度确定流程图并进行极限下入深度分析。基于有效应力原理和饱和黏土受压运移规律,采用机械动力学虚拟仿真软件ABAQUS对导管喷射钻进过程进行模拟。在模型中引入初始接触压力系数m及接触压力恢复系数n对模型进行调整修正,得出的模型能独立的进行导管下入深度确定,并通过南海实例井进行验证,结果匹配较好。对预先下入吸力锚装置的导管竖向承载力进行评价。运用ABAQUS软件建立吸力锚与土体相互作用模型,根据预先设定的吸力锚允许下沉位移,讨论吸力锚盖板半径及下入深度对其竖向承载力的影响,并通过计算对比进行吸力锚功能分析。该模型对于复杂海底环境及未勘探海域的喷射法下导管作业具有重大意义。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE242
【图文】：

运移规律分析程中，要求最佳排量射流冲击形成的井眼直径为导管在挤土效应，但其土体的运移规律研究较少。文献[3明：导管周围土体孔隙压力出现短暂升高随后降低孔压先上升后下降的现象一致，有所不同的是导管猜测：在喷射法下入导管的过程中，导管对管周土欧拉-拉格朗日方法（CEL）建立土体受导管壁挤压察饱和黏土的运移规律。由于 CEL 方法只支持三维置单个网格的厚度。土体选用均质饱和黏土材料，参。表 3-1 均质饱和黏土材料参数和重度γ，kN/m3杨氏模量 E，kPa 泊松比ν 内摩擦角φ18 10000 0.49 0

图中红色区域为“空穴”，表示在预定义场中设置该区域土体材料为 0，该部分显示土体受挤压后的现象，模型其余部分赋予土体材料为 1。模型的边界条件及载加见表 3-2。模型运行完成后对速度云图后处理得出饱和黏土受挤压后的运移如图所示。表 3-2 土体受挤压后运移模型边界条件及载荷施加说明表分析步 施加载荷条件 施加边界条件Pene（Dynamic,Explicit） ○1 土体左侧面（如图中 A-B 面）施加压力，该力用于模拟射流冲击 力 ， 其 值 等 于 土 体 强 度 为50kPa。○1 模型前后面 Z 方向速度为 0；○2 模型底面 Y 方向速度为 0；○3 模型右侧面及土体剩余左侧方向速度为 0；○4 导管 Y 方向速度为-0.5，其余速度为 0。

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本文编号：2713662