水力脉冲射流旋流流场数值模拟

为研究水力脉冲射流流场内旋流流场的变化特性,通过建立井底边界条件下单喷嘴脉冲射流冲击流场物理模型,对脉冲射流旋流流场进行了数值模拟研究。结果表明,非稳态旋流是脉冲射流流场的一个显著特征,对脉冲射流钻井提速起到重要作用,旋流速度和范围具有周期性变化且不随脉冲频率发生改变;在单周期内,旋流强度与脉冲射流速度变化具有一致性,旋流影响范围由前期的快速扩大到后期的缓慢扩大,一直保持增大趋势;旋流作用强于射流动能是脉冲射流产生局部脉动负压的主要原因,有利于降低压持效应;旋流流场改变钻头表面的压力分布,有利于提高钻头清洗效果。研究结果对指导脉冲射流提速技术具有一定的参考价值。     

围压条件下脉冲射流提高清岩效果数值模拟研究

脉冲射流钻井技术具有高效清岩能力,但其提速机制还不十分清楚。通过建立围压条件下单喷嘴脉冲射流井底清岩物理模型,对脉冲射流清岩过程进行了数值模拟研究,分析了影响脉冲射流清岩效果的主要因素。结果表明,非稳态旋流是脉冲射流提高清岩效果的主要原因之一,在相同排量条件下,脉冲射流清岩效率比连续射流平均提高约1~1.6倍。脉冲射流清岩效率随着喷嘴直径和入口流速的增大而增大;围压对脉冲射流清岩过程影响较小;低频率脉冲射流的清岩总体效果较好;随着岩屑粒径增大,井底冲击区域内岩屑分布非均匀性增强,脉冲射流清岩效率降低。研究结果对指导脉冲射流提速技术的工程实践具有一定的参考价值。     

螺杆钻具万向轴花瓣运动干涉仿真分析

螺杆钻具万向轴花瓣的失效多数是由于磨损严重导致的。为了研究瓣齿装配间隙对齿面磨损的影响情况,根据花瓣割缝的轨迹建立了完整的三维模型,利用Pro/E中的运动仿真对瓣齿进行转角分析。通过干涉分析得到花瓣运动过程中的偏角数据,并结合万向轴的偏心距和挠心距确定了合理的装配公差。分析结果表明:花瓣装配间隙超出公差范围会使瓣齿在运动中磨损过快,缩短使用寿命;为了防止瓣齿磨损过快,必须合理控制万向轴的装配间隙。     

泡沫钻井液在井筒中的流动与传热

针对泡沫钻井液特殊物理性质,建立了泡沫在井筒中流动与传热的数学模型,并给出了模型求解方法。为了分析传热对泡沫钻井水力参数的影响,采用建立的数学模型和给出的求解方法进行的数值计算结果表明:钻杆内泡沫温度始终低于环空内泡沫温度和地层温度,而环空下部泡沫温度低于地层温度,在环空上部泡沫温度高于地层温度。随着井深、注液流量和注气流量的增加,环空下部泡沫温度与地层偏差增大。传热使井口泡沫质量增大、井底泡沫质量减小、井底压力增大、最小携岩流速减小、最小注气流量增大,降低了泡沫的稳定性和携岩能力。另外,对泡沫的密度、Fanning摩擦系数也有一定的影响;井筒传热对泡沫钻井水力参数有一定的影响,但不是很明显,可通过增加注气流量和井口回压来抵消传热对泡沫钻井水力参数的影响。     

微小井眼水平伸长影响因素研究

微小井眼钻井技术是近10年提出的一项低成本勘探开发浅层油气藏的技术。微小井眼钻井技术与水平井技术结合,在薄油藏、稠油藏、边际油藏、枯竭油藏等领域具有明显的优势。由于工艺技术及装备水平限制,微小水平井眼水平延伸能力受到多种因素的制约。分析了地面装备性能、井壁稳定因素、摩阻及产能等因素对微小井眼水平伸长的影响。结果表明,水平段伸长极限随着钻井泵额定泵压、地层破裂压力及连续油管抗弯刚度的增加而增大,而经济性产能表明水平段存在最优长度。其中,连续油管与井壁的摩阻对微小井眼水平伸长的限制较大。各影响因素决定的微小井眼最大允许水平伸长值中的最小值即为微小井眼水平段的设计长度。     

塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究

塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度。针对该油田钻井实际情况,结合二开241.3mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速。该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速。该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3%～74.3%,单套钻具纯钻时间超过260.0h。试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速。     

利用水力脉冲空化射流复合钻井技术提高钻速

水力脉冲空化射流复合钻井技术是指在复合钻井过程中将水力脉冲空化射流发生器安装于钻头与螺杆钻具之间的一种新组合钻井方式,可以综合利用机械能量及水力能量来提高钻速。水力脉冲空化射流复合钻井的提速机理是：将常规复合钻井的高转速破岩与水力脉冲空化射流的有效清岩相结合,从而提高钻速。分析了在新疆英买、轮南区块4口井水力脉冲空化射流复合钻井的现场试验,结果表明水力脉冲空化射流复合钻井比常规复合钻井钻速平均提高12.67%,比常规钻具结构钻井钻速提高26.2%～55.36%,该技术具有较大的推广应用价值。     

超深井水力脉冲空化射流钻井试验研究

在分析超深井水力脉冲空化射流钻井机理的基础上,在塔里木油田中古区块的2口超深井上进行了水力脉冲空化射流钻井现场试验.试验表明:水力脉冲空化射流在不改变原有钻具组合和钻井参数的情况下可以有效提高超深井机械钻速,并且对延长钻头寿命有一定的作用;水力脉冲空化射流发生器性能稳定,使用寿命长,完全可以满足现场需要.     

高围压热裂解试验装置

热裂解钻井是一种有望高效开发干热岩中地热资源的钻井新方法。为了深入研究热裂解钻井,设计了一种用于热裂解钻井的高围压热裂解试验装置。该装置由能量模块、增压模块、试验模块及压力控制模块组成,可以实现与地层条件相似的高围压条件下热裂解破岩试验。高温冲击试验结果表明:随着燃料流速增加,喷射长度变得越来越长,并且喷射状态发生改变,燃料与氧气的最佳比值为0. 22～0. 28;非熔化区矿物成分有石英、斜长石、方解石和黏土矿物,熔化区矿物成分有石英和方沸石,两种区域的石英含量都最高,占比都在80%以上;相比于非熔化区,熔化区的石英含量更高,这也表明石英是控制熔化的关键矿物;在破坏区边缘既存在热应力诱导形成的裂缝,也存在高温作用形成的熔化区;由于破坏区的中心区域温度较高,选取的位置整体都发生了熔化。研究结果有助于更好地揭示热裂解钻井机理,并为其现场应用提供指导。     

脉冲式井下增压钻井装置增压特性研究

基于脉冲式井下增压钻井装置的结构和工作原理,建立了其活塞增压模型,进而对其增压特性进行数值模拟研究。研究结果表明,流体增压是活塞运动和高压喷嘴节流共同作用的结果。当其他条件相同时,高压喷嘴出口流速随转速、活塞行程的增大而增大,并且增大幅度较高,增压压力受这3个因素的影响规律相似;高压喷嘴出口流速和增压压力都随高压喷嘴直径的增大而明显降低;随着钻井液密度增大,高压喷嘴出口流速和增压压力稍微增大。高压脉冲射流的脉冲频率只与转速有关,且随转速增大而增大,其他因素对其没有影响。该研究结果为后续的样机设计和现场试验参数的确定提供了依据。