气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

发布时间：2017-08-11 17:35

  本文关键词：气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

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【摘要】：气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数值计算模拟等方法总结分析了钻具的冲蚀规律,针对气体钻井中下部钻具的冲蚀失效问题开展了以下研究工作并得到了相应结论：(1)自主研发设计了一套可循环的冲蚀实验装置,该装置将加沙器和排砂分离装置整合为一体,实现了砂粒在冲蚀中的循环利用。在对试片的冲蚀规律进行了实验研究后得到了不同攻角时,试片表面的油漆在受到长时间冲蚀后的剥落规律。对试片冲蚀后的质量进行了测量统计,估算了所用钢材在实验中的冲蚀速率。(2)利用数值模拟软件建立了试片冲蚀的模型和井下钻具的模型,调整了冲蚀计算中的参数设置,在对试片冲蚀的模拟计算中得到了与实验中相近的结果。对井下钻具模型进行了观察分析,设计了模拟组次,对模型的网格进行了优化处理并根据现场实际工况设计了进出口条件和环境变量。(3)使用DPM模型对不同进出口条件下的环空流场和钻具冲蚀进行了计算,结果分析表明,冲蚀主要集中在钻杆接头位置,钻杆本体受到冲蚀的影响较小,冲蚀痕迹呈现螺旋上升的规律但是会受到不同入口条件的影响。进口速度(注气量)对环空内流场影响较大,也会直接影响冲蚀速率,而相同的入口速度下井底压力的变化对冲蚀速率影响不大。(4)通过对气体钻井中下部钻具的物理模型调整和环境变量设置,计算了不同工况时钻具的冲蚀速率,发现工况的改变对冲蚀速度和冲蚀分布影响很大。
【关键词】：气体钻井 冲蚀 环空流场 DPM模型 冲蚀抑制
【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】：TE921
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 研究的目的及意义7-8
• 1.2 国内外研究概况8-13
• 1.2.1 冲蚀的基础理论研究8-9
• 1.2.2 冲蚀的实验研究9-11
• 1.2.3 环空流场研究现状11-13
• 1.3 研究的主要内容13-15
• 第2章 冲蚀理论研究15-22
• 2.1 冲蚀理论模型15-16
• 2.2 离散相模型理论16-18
• 2.2.1 颗粒运动方程16-17
• 2.2.2 附加力17-18
• 2.2.3 颗粒运动方程的求解18
• 2.3 数值模拟的湍流模型分析选择18-20
• 2.3.1 标准k-ε模型19
• 2.3.2 近壁面流动处理19-20
• 2.4 冲蚀模型20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 试片冲蚀的实验研究22-30
• 3.1 实验装置设计及加工22-25
• 3.1.1 实验装置结构及功能22-24
• 3.1.2 实验装置加工实物24-25
• 3.2 实验方案设计25-27
• 3.3 实验结果及分析27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 第4章 模拟模型的确立及验证30-38
• 4.1 DPM模型设置30
• 4.2 冲蚀实验的数值模拟分析及比对30-33
• 4.2.1 冲蚀腔流体区域结构模型30-31
• 4.2.2 模拟的前期准备31
• 4.2.3 模拟结果分析31-33
• 4.3 气体钻井中下部钻具物理模型及设置33-37
• 4.3.1 气体钻井中下部钻具环空内结构模型33-34
• 4.3.2 模拟组次设置34-35
• 4.3.3 网格划分及初始条件设置35-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第5章 环空内流场及冲蚀分析38-53
• 5.1 不同进口速度时环空内流场分布研究38-47
• 5.2 不同进口压力时环空内流场分布研究47-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第6章 不同工况条件冲蚀及冲蚀抑制研究53-65
• 6.1 不同携砂率时钻杆接头处冲蚀研究53-55
• 6.2 气体携液情况下钻杆接头处冲蚀研究55-57
• 6.3 钻具偏心时钻杆接头处冲蚀研究57-62
• 6.4 不同钻杆转速时钻杆接头处冲蚀研究62-64
• 6.5 本章小结64-65
• 第7章 总结与展望65-67
• 7.1 总结65-66
• 7.2 展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间获得成果73

【参考文献】

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本文编号：657397