基于液动冲击器的硬地层高效破岩技术研究

发布时间：2021-01-13 03:00

　　近年来,随着我国油气勘探开发工作不断的深入,地层可钻性变差,岩石硬度增强,导致钻头出现卡钻、粘滑振动等现象,使钻头磨损加重、破岩效率降低、钻井周期延长。液动冲旋钻井技术综合了常规旋转钻井和冲击钻井的特点,为缓解钻头的磨损和粘滑振动,提高硬地层钻井效率提供了新的方法。目前,国内外针对液动冲旋钻井技术的研究工作主要集中于液动冲击器结构设计、优化设计等方面,关于液动冲击器与钻头的匹配研究相对较少,而这恰是液动冲旋钻井实现提速钻进的关键。因此,本文基于岩石力学、液动冲击器的工作原理、破岩机理等理论,结合实验研究、仿真分析和应用分析等方法,分析了液动冲击器冲击性能的影响规律。运用Workbench仿真环境,对液动冲击器辅助PDC钻头钻进砂岩、灰岩两种地层进行了仿真分析,得出了冲击性能和钻井参数的变化对机械钻速的影响规律,以及破碎砂岩、灰岩时最优的参数组合。最后通过液动冲击器在新疆玛湖地区硬地层的应用分析,结合仿真分析结果,共同验证了液动冲击器在硬地层中配合PDC钻头共同使用,能够缓解PDC钻头的粘滑振动现象和钻头的磨损,起到高效破岩,提高机械钻速的作用。 

【文章来源】：西安石油大学陕西省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

载荷设置示意图

钻具；失去冲击力的液动冲击器仍然能够通过喷嘴、节流环等射吸元件的作用使钻进液的流动变为高压射流，岩屑在高压射流作用下被快速带回地面，避免了钻头的重复破岩，提高钻井效率。同时，为了更好的发挥液动冲击器的提速钻进效果，工具在使用过程中，每次更换钻具都应该用滤子等过滤装置对钻井液进行过滤，防止钻井液中的大颗粒物流入到冲击器内部，使冲击元件发生冲蚀破坏；基于该井的应用分析，对液动冲击器各元件进行优化设计，并增加各内部元件的强度，保证工具有更好的抗冲蚀能力和抗疲劳性能，强化设计后的工具及强度如图5-6所示。图5-6强化后元件图5.2.2玛湖39井应用分析位于新疆玛湖地区，准噶尔盆地中央坳陷玛湖凹陷金龙9井东二叠系上乌尔禾组二段岩性圈闭的玛湖39井，是一口为扩大中拐扇上乌尔禾组勘探成果，落实中拐扇东翼低勘探区勘探潜力的预探井。该井三开段遇到的主要问题如下：(1)该井裸眼段比较长，有发生缩径现象，导致卡钻，造成钻头重复切削，钻头寿命降低。(2)该三开钻进泥岩段地层时，钻头水眼堵塞，钻头出现泥包现象，钻头刀翼肩部齿发生磨损，导致机械钻速降低。(3)该井使用阿特拉扭力冲击器进行提速钻钻进时，提速效果不理想，仍然没能达到该井段设计机械钻速。为了解决以上问题，提高钻井效率。同时基于西安石油大学自主研发的液动冲击器在玛湖达17井使用的良好效果，遂决定使用本单位的液动冲击器配合PDC钻头进行提速钻进。本次液动冲击器根据井口试压试验，最终选用的喷嘴与节流环配合尺寸为30×33mm。且该井使用的液动冲击器根据达17井使用后的情况，对冲击器结构进行了优化设计，喷嘴、节流环、冲击机构等各部分关键元件进行了强度加强处理，表5-4为本井液动冲击器相关参数，表5-5为该井钻进参数。


本文编号：2974072