双级双转速PDC钻头破岩数值模拟研究

发布时间：2017-03-29 05:15

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【摘要】：国内外学者针对钻井提速开展过大量的研究,但大部分研究都是集中在钻头类型,井身结构,钻井液性能和切削齿强度方面,而没有在破岩方式上做改变,仍然延续着传统的切削破岩方式。2006年沈忠厚院士和彭烨提出了双级PDC钻头,这种新型钻头改变了传统的切削破岩方式,本文在前人的基础之上对双级PDC钻头作了进一步研究,并提出了一种新型的钻头——双转速PDC钻头。本文根据PDC钻头的破岩机理、PDC钻头的设计理论等,并基于弹塑性力学和岩石力学,采用Drucker-Prager准则作为岩石的本构关系,通过有限元仿真软件分别对双级PDC钻头、双转速PDC钻头的提速效果与振动强度进行研究,论文的结论主要有：(1)利用邓金根井壁应力分布理论验证了本仿真模型的准确性和可靠性。(2)研究发现双级PDC钻头不仅具有明显的提速效果,还具有明显的减振效果。并揭示了双级PDC钻头的提速原因。(3)研究了主要钻井参数对双级PDC钻头的提速效果和减振效果。研究结果表明：随着钻压的提高,双级PDC钻头的提速效果会逐渐减小；随着转速的提高,双级PDC钻头的提速效果会先增大而后减小。(4)对双级PDC钻头的扩眼钻头和领眼钻头的直径组合比进行优选。研究结果表明：双级PDC钻头的提速效果会随着领眼钻头的直径增大而先增大后减小,其横向振动强度会随着领眼钻头的直径增大而先减小后增大,其纵向振动强度会随着领眼钻头的直径增大而增大。优选后的双级PDC钻头最大提速可达到27.8%,振动强度最大可减小20.2%。(5)在双级PDC钻头的基础上,研究了双转速PDC钻头的提速效果和减振效果。研究结果表明：双转速PDC钻头的机械钻速会随着领眼钻头的转速增大而增大,并且其提速效果会随着领眼钻头转速的增大而逐渐的减弱。并且通过对比研究发现,双转速PDC钻头在提速与减振方面比双级PDC钻头更有优势,其机械钻速最大可比常规PDC钻头提高39.4%,其减振效果最大可比常规PDC钻头减小52.8%。
【关键词】：双级PDC钻头 双转速PDC钻头 提速 减振
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE921.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究目的及意义8-9
• 1.2 国内外现状及发展趋势9-14
• 1.2.1 提高钻井速度的国内现状9-12
• 1.2.2 提高钻井速度的国外现状12-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 创新点15-16
• 第二章 岩石理论及PDC钻头破岩理论分析16-26
• 2.1 岩石的弹塑性本构关系16-22
• 2.1.1 弹性本构关系16-17
• 2.1.2 塑性本构关系17-22
• 2.2 PDC钻头破岩过程22-25
• 2.2.1 PDC钻头与岩石的相互作用模型22-23
• 2.2.2 PDC钻头钻进过程中岩石的损伤判据23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 双级PDC钻头破岩数值模拟研究26-50
• 3.1 有限元模型建立26-29
• 3.1.1 几何模型与材料模型26-27
• 3.1.2 网格划分与接触分析27-28
• 3.1.3 边界条件与载荷设置28-29
• 3.2 双级PDC钻头的仿真结果分析29-39
• 3.2.1 模型验证30-33
• 3.2.2 双级PDC钻头的提速效果33-36
• 3.2.3 双级PDC钻头的振动强度36-39
• 3.3 主要钻井参数对双级PDC钻头的提速效果与振动强度的影响39-48
• 3.3.1 钻压对双级PDC钻头的提速效果与振动强度的影响40-44
• 3.3.2 转速对双级PDC钻头的提速效果与振动强度的影响44-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 双级PDC钻头结构优选50-58
• 4.1 双级PDC钻头的结构优选50-54
• 4.1.1 不同直径组合的双级PDC钻头的提速效果50-51
• 4.1.2 不同直径组合的双级PDC钻头的横向振动强度51-53
• 4.1.3 不同直径组合的双级PDC钻头的纵向振动强度53-54
• 4.2 不同直径组合的双级PDC钻头的提速原因54-57
• 4.2.1 提速原因——井底应力场分析54-55
• 4.2.2 提速原因——最大主应力分析55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 双转速PDC钻头破岩数值模拟研究58-68
• 5.1 双转速PDC钻头的仿真结果分析58-62
• 5.1.1 双转速PDC钻头的提速特性58-59
• 5.1.2 双转速PDC钻头的横向振动特性59-61
• 5.1.3 双转速PDC钻头的纵向振动特性61-62
• 5.2 双转速PDC钻头的优点62-67
• 5.2.1 钻头的提速效果对比62-64
• 5.2.2 钻头的横向减振效果对比64-65
• 5.2.3 钻头的纵向减振效果对比65-67
• 5.3 本章小结67-68
• 第六章 结论与展望68-70
• 6.1 主要结论68-69
• 6.2 研究展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李克智;闫吉曾;;红河油田水平井钻井提速难点与技术对策[J];石油钻探技术;2014年02期

2 宋建伟;何世明;龙平;滕学清;刘忠飞;;国内深井钻井提速技术难点分析及对策[J];西部探矿工程;2013年12期

3 黄凯文;徐一龙;李磊;张超;鹿传世;;南海西部油田北部湾难钻地层钻井提速技术[J];石油钻采工艺;2013年05期

4 郭瑞昌;刘匡晓;陶兴华;刘卫东;杨春国;李梦刚;;大牛地水平井钻井提速技术[J];石油钻采工艺;2012年05期

5 穆国臣;陈晓峰;王雪;;松南地区深井钻井提速难点与对策[J];石油钻探技术;2011年06期

6 张金成;张东清;张新军;;元坝地区超深井钻井提速难点与技术对策[J];石油钻探技术;2011年06期

7 龙刚;朱化蜀;王希勇;李皋;练章华;杨谋;;川西低渗气藏气体钻井提速潜力评价[J];钻采工艺;2011年04期

8 何勇波;乔勇;任红材;李海彪;张雅欣;田野;单，

本文编号：273763