PDC钻头井底水力参数理论与数值模拟研究

为了精确计算模拟钻井过程井底水力参数,以Solidworks制图软件建立了三维模型,利用流体力学软件Fluent的k-ε模型对井底PDC钻头进行了三维流场数值模拟,从理论计算和数值模拟对喷嘴流量,冲击力和水功率两方面分析了PDC钻头水力参数,分析结果证明数值模拟能够较为精确地描述井底不同方位影响的水力参数,为优化PDC钻头水力参数与井底流场理论研究提供了重要依据,具有良好的参考价值。     

基于Fluent分层注水工具过桥短节的压力损失数值模拟

分层注水工具是分层注水系统中的核心部件,对分层注水开发具有十分重要的意义。为研究不同管道粗糙度、不同流量对分层注水工具过桥短节摩阻压耗的影响,利用Fluent软件进行模拟分析。结果表明,分层注水工具过桥短节流量为500~2 000 m³/d工况下,外管压耗为\mathrm{1.90}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{4}}~\mathrm{6.16}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{5}}\text{?}\mathrm{P}\mathrm{a},内管压耗为\mathrm{3.61}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{5}}~\mathrm{4.03}\times {\mathrm{10}}^{\mathrm{6}}\text{?}\mathrm{P}\mathrm{a};当粗糙度不变时,液体流量越大,引起的局部阻力越大,引起的分层注水工具摩阻压耗越大,管道粗糙度对摩阻压耗的影响较小,可以忽略不计。以上研究结果为新分层注水管道设计及参数的选择提供了依据。     

渭北油田岩石性能参数下PDC钻井破岩研究

PDC钻头几何结构复杂性、岩石材料差异性以及钻井工况的系统性,使得钻头切削破碎岩石的机理研究与钻头对地层的匹配适应性一直存在很大困难。基于渭北油田取心所测得岩石力学参数,获得了该区块的H-J-C岩石响应模型参数,通过三维CAD软件和有限元软件建立PDC钻头破岩的三维非线性动态仿真模型,开展PDC钻头在该区块的破岩规律研究,并深入研究钻头破岩过程中的响应规律。结果表明,该区块下钻头垂向加速度为0.1 m/s²,钻头垂向速度稳定在0.006 m/s,破岩功呈周期性变化、总体上升的规律趋势。该计算方法针对性较强,计算灵活便捷,为后期钻头—地层的适配性研究提供了技术手段。     

修正机械比能模型的研究

提高机械比能模型的适用性,可以大大降低钻探周期。通过力学分析在R.Teale提出的机械比能模型基础上进行修正,分别对直井、斜井的钻压及扭矩进行修正,获得功交汇模型。研究表明,相同深度下垂向功恒大于切向功,当垂向功与切向功交汇时,“放空”现象体现该层的地质物性良好;利用功交汇模型可以较好的反映井底的工况,机械比能更加适合录井的物性评价,规避了非客观因素对机械比能比值模型基准线的影响,增强了现场物理性质评价的准确性。     

基于ANSYS的钻柱变径接头螺纹三维有限元分析

随着能源需求的攀升和常规油气资源的衰竭,非常规能源的开发需求引导我国油气钻井正向深层/超深层进军.钻井面临更为复杂的地质工程条件,使得钻柱在工作过程面临更为严峻的考验.针对钻柱的关键薄弱点,即以钻柱变径接头螺纹为研究对象,建立了三维有限元计算模型,分析了不同载荷工况下的接头螺纹受力变形规律.结果发现:最大等效应力与扭矩...     

体积压裂裂缝对地应力场干扰规律的研究

为了研究体积压裂在低渗透油藏的开发效果,采用有限元分析并利用Comsol对体积压裂过程中的地应力扰动进行模拟,分析了地应力的分布、裂缝长度、裂缝的净压力、简单缝和复杂缝对地应力扰动的影响,以及裂缝长度、弯缝与直缝的应力扰动及影响分析,获得了地应力扰动的影响因素与影响规律。研究表明:裂缝长度、裂缝净压力和裂缝形态是影响应力扰动的主控因素,应力扰动的幅度值与这些因素呈现正相关;同时建立了不同裂缝长度,最大和最小主应力扰动差值的图版,可用此图版来确定不同裂缝长度条件下复杂缝网产生的位置;直缝对弯缝的扰动值较直缝更小。     

基于裂缝诱导应力场的套管应力影响因素分析

水平井分段压裂形成人工裂缝，产生的裂缝诱导应力场影响套管应力分布。为研究在裂缝诱导应力场作用下套管应力影响因素，基于理论公式和有限元分析方法，建立套管应力力学模型和裂缝-地层-水泥环-套管三维有限元模型，借助力学模型验证有限元模型的可行性，模拟岩石弹性模量、套管内壁压力、水泥环弹性模量、地应力变化和施工排量对套管应力的影响，并针对徐深气田实际压裂段进行实例分析。研究结果表明：当岩石弹性模量低于15 GPa时，套管发生塑性形变，套管内壁无压力加剧了套管塑性变形程度；当套管内壁压力为100 MPa时，水泥环软硬程度对套管应力基本无影响；套管应力随着水泥环弹性模量的增大呈现增大的趋势，水泥环泊松比和软硬地层不改变套管应力变化趋势；随着地应力差值的增大，套管应力呈现减小的趋势；施工排量为16 m³/min时，套管存在塑性变形，达到极限施工排量18 m³/min时，套管完全失效。研究成果对压裂段套管的损坏防治具有一定的指导意义。