井底高压射流钻井技术在海拉尔盆地的应用研究

发布时间：2017-07-05 02:05

  本文关键词：井底高压射流钻井技术在海拉尔盆地的应用研究

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【摘要】：海拉尔盆地地质沉积环境复杂,部分地层呈不等厚互层,且呈不整合接触。尤其,南屯组以下地层以粉砂岩和砂砾岩为主,地层岩性坚硬、研磨性强,深部井段钻井速度较低。超高压射流钻井技术适用于深部地层、坚硬地层及井眼轨迹难控制等地层,在提高机械钻速等方面取得了显著效果。因此,可根据对海拉尔钻井技术难点和井底增压技术的适应性,开展海拉尔盆地钻井提速技术方面的研究。本文首先对高压射流破岩机理进行了研究。剪切破岩机理忽略岩石流体的耦合作用,根据Mohr-Coulomb准则建立了岩石损伤变量演化方程和本构关系模型。水楔膨胀破岩机理认为射流破岩机理与液压压裂过程类似。水力切割破岩理论主要包括Crow切割理论模型和Rehbinde切割理论模型,两个理论模型虽然假设条件不同,但都认为高压射流使岩石晶粒发生脱落,从而使岩石发生破碎。应力波作用-射流准静态压力理论认为射流破岩是射流和岩石界面相互耦合作用的结果。其次,对海拉尔盆地的地质特征开展研究。对南屯组二段以下地层的岩性特征分析,地层硬度大,含有砂砾岩夹薄层,研磨性强,制约了钻井速度;对南屯组二段以下地层岩石的力学特性开展研究,该地区岩石抗压强度较大,而内聚力和抗拉伸强度较小;对南屯组二段以下地层岩石粒度特征开展研究,该层段存在粒径较大的砂砾岩,研磨性强,且以泥质胶结和灰质胶结为主,地层硬度较大。根据高压射流破岩机理,海拉尔盆地深部井段适合采用井下高压射流钻井。然后,开展不同条件下高压射流破岩实验优选出破岩效果最佳的水力参数。由不同喷距条件下实验结果知,随着喷距的增加,射流冲蚀岩石的体积先增加后减小,喷距最优值约为6.0mm。由不同喷射角度条件下实验结果知,随着喷射角度的增加,岩石冲蚀体积先增大后减小,喷射角度的最优值约为13.5°。由不同喷嘴移动速度条件下实验结果知,随着喷嘴移动速度的增加,岩石的冲蚀体积呈减小的趋势。由不同射流压力条件下实验结果知,射流压力的最优值为150MPa。最后,开展了井底增压技术在海拉尔盆地的应用研究。优选出适合海拉尔盆地的井底增压器类型为螺杆式和钻头类型为超高压双流道PDC钻头。根据高压射流实验,得到钻头的超高压钻井液流道的角度以流道尾端的延伸方向与岩石表面的垂线的夹角为13.5°最佳;当高压喷嘴个数为2个时喷嘴直径为1.35mm,当高压喷嘴个数为4个时喷嘴直径为0.96mm。开展了井底增压技术在海拉尔盆地现场实验,结果表明井底增压技术可使钻井速度大幅度提高,并且钻头磨损程度较小。
【关键词】：井底 高压射流 海拉尔盆地 应用研究
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE242
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTARCT6-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 井下高压射流破岩机理17-26
• 2.1 剪切破岩机理17-19
• 2.2 水楔膨胀破岩机理19-21
• 2.3 切割理论模型21-22
• 2.4 应力波作用-射流准静态压力理论22-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 海拉尔盆地地质特征研究26-33
• 3.1 区块层位特征26-28
• 3.2 地区岩石力学特性分析28-31
• 3.2.1 岩石抗压强度28-30
• 3.2.2 岩石抗拉强度30-31
• 3.3 岩石的粒度特征31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 高压淹没射流破岩实验研究33-49
• 4.1 实验方案33
• 4.2 不同喷距对射流冲蚀效果的影响33-39
• 4.3 喷射角度对射流冲蚀效果的影响39-41
• 4.4 喷嘴移动速度对射流冲蚀效果的影响41-44
• 4.5 不同射流压力对射流冲蚀效果的影响44-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 井底增压技术在海拉尔盆地的适应性研究49-63
• 5.1 海拉尔盆地井底增压器的优选49-53
• 5.1.1 基于井底增压器的适用条件优选井底增压器49-50
• 5.1.2 基于岩石力学特性优选井下增压器50-51
• 5.1.3 超高压双流道PDC钻头的设计51-53
• 5.2 井底增压技术在海拉尔盆地的应用效果分析53-62
• 5.2.1 根据高压射流实验确定钻井参数53-55
• 5.2.2 井底增压技术在H-1 井的应用效果55-56
• 5.2.3 井底增压技术在H-2 井的应用效果56-57
• 5.2.4 井底增压技术在H-3 井的应用效果57-59
• 5.2.5 井底增压技术在H-4 井的应用效果59-60
• 5.2.6 井底增压技术在H-5 井的应用效果60-62
• 5.3 本章小结62-63
• 结论63-65
• 致谢65-66
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果66-67
• 参考文献67-70

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