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单粒子冲击破岩实验与数值模拟 总被引:4,自引:2,他引:4
粒子冲击破岩可提高深井、超深井硬地层的钻井速度。通过破岩实验与数值模拟相结合的方法,以冲击破岩的粒子直径、冲击速度等与岩石破碎体积和粒子最大侵彻深度(岩石破碎坑最大深度)之间的内在规律研究为目的,进行了单粒子冲击破岩室内实验,分析了破碎坑模式。同时,利用有限元软件建立了粒子冲击破岩的物理模型,并对粒子冲击破岩的过程进行了数值模拟。模拟结果与室内实验数据的对比,验证了H-J-C模型选取的正确性,并得到了粒子冲击破岩的最佳直径和初速度值的范围。 相似文献
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为了考察粒子冲击钻井过程中,粒子流经钻头喷嘴的加速过程和流场分布规律,应用Fluent对粒子进入喷嘴后的流动进行数值模拟研究。运用标准κ-ε双方程模型,对双锥度喷嘴粒子射流流场进行仿真模拟,分析了射流压力、围压、粒子直径和粒子质量浓度等因素对粒子射流流场的影响。结果表明,粒子射流加速主要发生在喷嘴收缩段,在等速核前缘速度达到最大。粒子喷射速度和单位时间内通过喷嘴的粒子动能随射流压力增大而增加;粒子浓度越大,单位时间内通过喷嘴的粒子动能越大,破岩效率升高,但粒子浓度过大会导致其流动性差,反而不利于破岩。因此,粒子浓度对其冲击破岩效率的影响主要取决于破岩过程中哪种因素起主要作用。 相似文献
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在粒子射流冲击破岩过程中,喷嘴作为粒子和水射流的核心加速装置,其加速能力决定了破岩效果的好坏。针对锥直型、等变速型和流线型喷嘴,建立了粒子和水射流在喷嘴中的加速模型、压降模型以及能量转换效率数学模型,通过数值模拟分析了不同喷嘴对粒子水射流加速能力的影响,对喷嘴的流道类型及尺寸进行了优化,依据优化结果对研制的喷嘴进行了破岩试验和流场仿真。分析结果表明:收缩段长度为15 mm的等变速型喷嘴具有较高的加速能力和能量转换效率;研制的喷嘴可应用于粒子冲击钻井破岩工艺。所得结论可为粒子射流冲击破岩装置的现场应用提供参考。 相似文献
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粒子射流耦合冲击破岩实验 总被引:8,自引:6,他引:2
为研究高速金属粒子和流体耦合冲击作用下岩石破碎的特性和规律,利用自主研制的粒子射流耦合冲击破岩实验装置,开展了射流速度、粒子直径与破岩效率实验,粒子体积分数与破岩效率实验,射流角度与破岩效率实验和粒子射流破岩与钻压比例关系等实验。研究表明:含有一定动能的高频粒子冲击更有利于提高破岩效率,粒子在钻井液中所占的体积分数直接反映了粒子破岩效果的好坏,实际钻井时可以利用单个粒子的冲击动能和单位岩石面积上受到粒子的冲击频率来确定粒子的掺入比例;研制粒子射流冲击钻头时,可以不采用0°入射角的射流喷嘴,而采用1个入射角为8°和3~4个入射角为20°喷嘴的组合设计,其更有利于提高粒子动能的利用率。 相似文献
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使用CAD软件建立了81/2”PDC钻头的几何模型,导入有限元软件进行钻头破岩的动态数值模拟,将地层材料设定为正交各向异性,地层倾角为15°。数值模拟结果表明:井眼是一步步“跳跃式”加深的,钻头偏离了地层层面的垂直方向;钻头与地层的接触具有随机性,主要是底部和侧面牙齿与岩石的接触,其它部位与地层的接触较少;在破岩过程中,钻头上下振动引起瞬时速度随时间不断变化,并且在加深井眼的同时,不断横向运动,扩大井眼;在整个数值模拟过程中钻头扭矩也是在不断变化,钻头会发生“空转”和“滞动”现象,并且存在“反转”趋势。本文的研究结果对提高PDC钻头破岩机理的认识具有重要意义,同时为研发控制反扭矩的钻具奠定了基础。 相似文献
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数值模拟分层注水技术研究 总被引:1,自引:0,他引:1
本文利用虚拟井技术,实现了在数值模拟中表征注水井分层注水工艺,使数值模拟注水状况更加符合地下实际情况。该技术的研制成功,提高了数值模拟历史拟合速度与精度, 并且实现了利用数值模拟进行注水井调整方案的优化,扩大了多学科油藏研究的应用范围。 相似文献
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对PDC切削齿破岩过程中与岩石之间的相互作用,给出了摩擦接触有限元的分析方法,采用粘-滑摩擦模型模拟接触状态,并用罚函数与拉格朗日组合法进行求解。研究了PDC切削齿的负前角、切削深度等对PDC切削齿和岩石受力的影响作用规律。数值计算的结果较真实地反映了PDC切削齿破岩过程中所受接触压力、有效应力和摩阻应力的分布变化情况,据此给出了实际可用的建议。研究结果为PDC破岩工具的设计和应用提供了依据。 相似文献
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粒子冲击钻井破岩是以高速球形硬质钢粒子冲击破岩为主,以高速水力破岩和机械牙齿破岩为辅的一种新的钻井破岩方法。在粒子冲击钻井技术的地面固相控制系统中,井底冲击破岩后钻井液中完好的钢球粒子与表面破损体积不足完好粒子一半的坏粒子的分离是重要的一个环节,而粒子分级装置就是为了实现好坏粒子的分离而专门设计的一种新型的装置。此装置提出了综合利用离心力和气流拖拽力的方法来解决这种好坏粒子的分离问题,并进行了实例论证。在此基础上,完成了粒子分级装置的关键部分的结构设计,解决了粒子钻井粒子固控系统中好坏粒子分离的技术难题。由实验可知该装置能够较为有效地解决好坏粒子分离问题,具有一定的现实意义。 相似文献
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硫沉积对高含硫气藏产能影响数值模拟研究 总被引:2,自引:0,他引:2
高含硫气藏是一类具有高危性和特殊性的酸性气藏,硫微粒的析出、运移以及沉积是该类气藏特殊渗流特征之一。沉积的硫微粒会占据孔隙空间,在孔喉处堵塞孔隙,改变孔隙结构,最终引起硫沉积区内储层渗透率的降低,从而影响气藏的开发效果。为此,在对硫沉积机理深入研究的基础上,引入空气动力学理论,建立高含硫气藏硫微粒运移、沉积数学模型,模拟研究了硫沉积对均质气藏和非均质气藏产能的影响。结果认为:高含硫气体初始溶解元素硫是该类气藏发生硫沉积的重要条件之一;硫沉积使得气藏的稳产时间缩短、采出程度降低、气藏递减期缩短以及递减期内的递减率增加等;低渗透气藏和非均质性强的地层,其硫沉积对气藏开发的影响很大。 相似文献
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石油钻井信息技术的智能化研究 总被引:12,自引:3,他引:9
石油钻井工程是信息密集型行业,钻井技术的发展必须依靠信息化和智能化.文中分析了石油钻井信息采集、分析、处理、解释和应用的主要内容及特点,说明信息科学和智能技术在提高钻井技术水平上的重要性.提出了石油钻井智能信息综合集成系统的研究目标、总体结构、逻辑结构设计和开发技术路线,并讨论了它的应用前景. 相似文献
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重叠和覆盖条件下PDC切削齿破岩规律 总被引:4,自引:0,他引:4
本文详细介绍了对PDC钻头切削齿在实际工作条件-重叠和覆盖条件下破岩规律的研究结果.主要内容包括研究方法、影响重叠和覆盖条件下切削齿破岩载荷的因素及规律、研究结果在钻头设计中的应用等. 相似文献
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石油旋冲钻井技术研究及应用 总被引:8,自引:0,他引:8
介绍了旋冲钻井技术的基本原理,对液动冲击钻具的结构设计、工作原理、性能测试、参数匹配进行了详细论述。实践证明,冲击和旋转联合作用的砂岩效果同纯旋转钻井相比,效率可提高40%~49.8%,中硬以上地层使用效果更加明显,同时可降低钻井成本,提高井身质量,减少井下事故。在软地层中,可通过调节冲击钻具的性能参数,适当提高转数、冲击频率,同样可提高机械钻速。 相似文献
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通过线性膨胀率、 岩屑回收率、 黏土颗粒的电动电位实验, 研究了温度对杂多糖苷水基钻井液抑制性能影响。研究结果表明: 杂多糖水基钻井液中糖的适宜加量为0 3 % ~ 0 2 %( m/ v ) , 具有良好的泥页岩抑制性、 流变性、 滤失性及抑制性, 各项性能随着温度的变化而变化且趋势一致, 兼顾流变性、 滤失性及抑制性合理, 杂多糖苷水基钻井液的抗温极限为1 4 0 ℃。钻井液黏土颗粒表面 δ电位能够反映钻井液抑制性, 其抑制机理包括: 环醇羟基形成半透明膜和胶体粒子填充降失水两方面。为更好使用杂多糖苷水基钻井液提供有效技术支撑。 相似文献
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准确的预测钻井液循环温度对钻井作业安全、快速钻进具有十分重要意义。文章根据热力学第一定律及传热学的基本原理,考虑了钻井液传热受流动影响,建立了钻井液与地层之间的二维非稳态循环温度数学模型,模型通过优选钻井液流变模式,精确计算钻井液流变参数,并采用无条件稳定的全隐式有限差分法求得模型的数值解,提高了预测精度。最后用现场实测数据与模型计算数据进行了对比分析,验证了该模型的可行性和准确性。该模型可用于计算实际循环条件下的管柱内钻井液、管壁、环空钻井液与地层的温度分布,为准确预测钻井安全密度窗口和钻井液设计提供基础数据。 相似文献