岩屑颗粒沉降阻力及其休止角计算模型

发布时间：2023-12-04 19:26

　　在水平井、丛式井等井型钻井工程中,停泵工况下钻井液会停止循环,所携带岩屑也将停止上返。由于岩屑与钻井液之间存在密度差,直井段岩屑因重力发生沉降,如果不能及时完成停泵工况下的操作,直井段岩屑会不断沉积在大斜度井段而形成岩屑床,当该井段岩屑床达到一定厚度,因岩屑自身重力沿井斜方向有一定的分力作用,岩屑床可能发生下滑甚至整体崩塌,最终导致掩埋井眼、卡钻等井下事故的发生。研究岩屑颗粒于停泵工况下在直井段的沉降末速度,进而预测大斜度井段沉积的岩屑床厚度,以便尽快完成停泵操作,避免井底岩屑床过厚发生下滑,同时,一旦井底岩屑床整体下滑掩埋井眼,造成沉砂卡钻等井下事故,必须要进行解卡等操作,因而,研究大斜度井段岩屑床形成后在井眼内的静态平衡条件,也即岩屑床的休止角问题,这有利于预测沉砂卡钻位置。首先描述了表征颗粒特征的参数,通过对比实际钻井中的岩屑沉降工况,认为使用筛选平均径和三轴径作为岩屑沉降的当量直径,使用Corey形状因子表征岩屑的不规则程度,然后以斯托克斯阻力方程和牛顿—雷廷智公式为基础,提出阻力占比系数的概念,推导了岩屑颗粒沉降阻力方程,用以计算各个流态下岩屑的沉降末速度。通过量纲分析法认为...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究及发展现状
        1.2.1 岩屑粒度分布
        1.2.2 颗粒沉降研究现状
        1.2.3 岩屑床休止角研究
    1.3 论文研究内容
第二章 岩屑颗粒沉降理论研究
    2.1 岩屑粒径及其形状表征
        2.1.1 岩屑颗粒当量直径
        2.1.2 岩屑颗粒形状特征
    2.2 球形颗粒沉降模型
        2.2.1 颗粒沉降受力分析
        2.2.2 颗粒沉降末速度
    2.3 岩屑颗粒沉降模型的建立
        2.3.1 牛顿流体中的岩屑沉降阻力模型
        2.3.2 非牛顿流体中的岩屑沉降阻力模型
    2.4 小结
第三章 岩屑颗粒沉降实验研究
    3.1 实验材料的制备与仪器
        3.1.1 岩屑沉降实验仪器
        3.1.2 岩屑的筛选与制备
        3.1.3 沉降液的制备
    3.2 岩屑颗粒沉降实验
        3.2.1 岩屑沉降实验方案
        3.2.2 岩屑沉降实验步骤
    3.3 岩屑沉降实验结果与分析
        3.3.1 颗粒沉降实验结果
        3.3.2 岩屑沉降末速度求解步骤
        3.3.3 实验结果分析
    3.4 小结
第四章 岩屑床休止角预测模型
    4.1 岩屑床休止角定义与受力
        4.1.1 岩屑床休止角定义与研究意义
        4.1.2 岩屑床面岩屑颗粒的粒间作用力
    4.2 岩屑床休止角预测模型的建立
        4.2.1 岩屑床休止角滑动模型
        4.2.2 平均岩屑床面摩擦系数的求解
        4.2.3 岩屑床休止角滚动模型
    4.3 小结
第五章 岩屑床休止角实验研究
    5.1 休止角实验研究方法
        5.1.1 自然堆积法
        5.1.2 圆筒旋转法
    5.2 岩屑颗粒休止角的测量
        5.2.1 岩屑休止角测量方法
        5.2.2 岩屑休止角测量步骤
    5.3 休止角实验结果及分析
        5.3.1 岩屑床休止角实验结果
        5.3.2 休止角滑动模型实验结果分析
        5.3.3 休止角滚动模型计算结果分析
    5.4 小结
结论
参考文献
发表文章目录
致谢



本文编号：3870564