發(fā)布時間：2020-11-22 00:10

　　 21世紀(jì)油氣資源勘探鉆井技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域及其應(yīng)用發(fā)展,會以更快的鉆井速度、更短鉆井周期、工作中的更高有效鉆井率,工藝技術(shù)上可以進(jìn)行更深的陸地鉆井和海洋鉆井,在鉆井過程中鉆井技術(shù)對環(huán)境更友好、破壞更小,開采開發(fā)資源時能夠在鉆進(jìn)過程中、鉆進(jìn)過程后儲層資源不被干擾破壞,鉆井技術(shù)實施成本低、投入可控(如每噸石油開采較低的鉆井成本)。而為了解決我國資源勘探開發(fā)面臨的復(fù)雜地表地質(zhì)條件、低滲透、深埋等問題,鉆井新技術(shù)的開發(fā)發(fā)展十分必要。氣動潛孔錘鉆井技術(shù)是將沖擊鉆井和旋轉(zhuǎn)鉆井結(jié)合起來的一種鉆井工藝方法。自20世紀(jì)初發(fā)明以來在礦山、采石、地質(zhì)勘查、水文水井、工程施工、石油鉆井等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但囿于其鉆進(jìn)機(jī)理,傳統(tǒng)空氣錘在深井鉆進(jìn)時,由于井底圍壓的升高,導(dǎo)致地面供氣裝置必須提供更高的供氣壓力、更多的氣體流量來平衡井底圍壓,限制了其在油氣鉆井等深井領(lǐng)域的應(yīng)用。有鑒于此,課題組研發(fā)了一套可用于復(fù)雜深地層的鉆探組合系統(tǒng)。集高效空氣錘鑿巖、旋轉(zhuǎn)沖擊鑿巖、壓縮空氣密閉循環(huán)、泥漿輔助破巖、碎屑清除、保護(hù)孔壁等特色技術(shù)于一身的鉆井工藝。在鉆進(jìn)時可以實現(xiàn)壓縮空氣、鉆井泥漿分別獨(dú)立密閉循環(huán)。實現(xiàn)鉆進(jìn)中不受井底圍壓限制,不受井底含水量限制等多項功能。鉆進(jìn)系統(tǒng)主要設(shè)計研發(fā)的部件包括:(1)BQ-190型密閉循環(huán)空氣錘;(2)配套的可實現(xiàn)不同鉆進(jìn)工藝的鉆頭;(3)用于實現(xiàn)多介質(zhì)密閉循環(huán)的TSB-146型同軸三通道鉆桿;(4)與地面上鉆機(jī)設(shè)備、空氣壓縮機(jī)設(shè)備相連接的氣水龍頭、與同軸三通道鉆桿連接的三通道四方主動鉆桿。論文以下各章節(jié)對實現(xiàn)該鉆進(jìn)工藝的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹描述,對鉆進(jìn)工藝中研發(fā)設(shè)計的關(guān)鍵部件分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料加工工藝等方面的分析、對關(guān)鍵部件性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,對其中重要部件應(yīng)用時面臨的主要困難進(jìn)行了預(yù)測分析,并進(jìn)行了相應(yīng)的理論計算公式推導(dǎo)、仿真分析和仿真試驗。本論文的主要研究內(nèi)容有:(1)提出了閉式循環(huán)空氣錘及三通道鉆具系統(tǒng)鉆進(jìn)工藝技術(shù),并進(jìn)一步闡述其鉆井工藝原理;(2)對用來實現(xiàn)閉式循環(huán)鉆進(jìn)工藝的空氣錘鉆具系統(tǒng)進(jìn)行功能研發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材質(zhì)選擇、熱處理工藝設(shè)計,主要包括以下:(1)對BQ-190型閉式循環(huán)空氣錘進(jìn)行的功能實現(xiàn)機(jī)理、結(jié)構(gòu)設(shè)計定型、內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計進(jìn)行研發(fā);(2)對與空氣錘配套的球齒鉆頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、尺寸設(shè)計、加工材質(zhì)選擇、熱處理工藝設(shè)計;(3)對TSB-146型三通道鉆桿的功能實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工材質(zhì)選擇進(jìn)行了分析;(4)對三通道四方主動鉆桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計定型分析。(3)對鉆具系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析,其中包括:(1)對閉式循環(huán)空氣錘進(jìn)行的流場數(shù)值分析;(2)對配套的鉆頭孔底結(jié)構(gòu)流場進(jìn)行分析;(3)對TSB-146三通道鉆桿內(nèi)部通道進(jìn)行流場壓降分析,對鉆具系統(tǒng)中三通道四方主動鉆桿的進(jìn)排氣通道進(jìn)行內(nèi)部流場分析。(4)通過流體力學(xué)相關(guān)理論,對同軸三通道鉆桿進(jìn)行壓降損失分析;(5)采取模擬試驗方法,根據(jù)現(xiàn)有實驗條件,設(shè)計鉆桿工作壓降損失模擬系統(tǒng),觀測分析在管路不同長度條件、不同過流斷面突變情況下壓降變化規(guī)律,通過改變兩相流體中液氣混合比例,分析不同混合比例的兩相流體對鉆具系統(tǒng)壓降造成的影響。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有:(1)提出了可用于復(fù)雜地層的空氣錘閉式循環(huán)鉆進(jìn)新工藝。該工藝集高效空氣錘鑿巖、旋轉(zhuǎn)沖擊鑿巖、壓縮空氣密閉循環(huán)、泥漿輔助破巖、碎屑清除、護(hù)壁等特色于一身。在鉆進(jìn)時可以實現(xiàn)壓縮空氣、鉆井泥漿獨(dú)立密閉循環(huán);(2)針對該鉆進(jìn)工藝,研發(fā)設(shè)計了相應(yīng)的鉆具系統(tǒng)。主要設(shè)計研發(fā)的部件包括:(1)BQ-190型密閉循環(huán)空氣錘;(2)配套的實現(xiàn)鉆進(jìn)工藝的鉆頭;(3)用于實現(xiàn)多介質(zhì)密閉循環(huán)的同軸三通道鉆桿;(4)與地面上鉆機(jī)設(shè)備、空氣壓縮機(jī)設(shè)備相連接的氣水龍頭、與同軸三通道鉆桿連接的三通道四方主動鉆桿;(3)在結(jié)合對設(shè)計的鉆具系統(tǒng)工藝實現(xiàn)機(jī)理分析基礎(chǔ)上,應(yīng)用分析軟件進(jìn)行了鉆具系統(tǒng)多個部件的不同運(yùn)行環(huán)境數(shù)值模擬分析,完成部件設(shè)計的驗證與優(yōu)化,為進(jìn)一步作業(yè)提供理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐;(4)采用流體力學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識,在分析鉆具運(yùn)行環(huán)境基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了壓降的理論計算公式。對三壁鉆桿工況下的壓縮空氣損失進(jìn)行分析;設(shè)計運(yùn)用模擬試驗方式,分析了不同長度、不同截面突變和不同氣水混合條件下試驗管道的壓降變化,通過試驗數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,為進(jìn)一步完善工藝生產(chǎn)提供幫助。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P634.4
【部分圖文】：

社會的飛速發(fā)展，使人類社會對于能源的需求越來越源為主的油氣能源結(jié)構(gòu)多年來一直支撐著整個社會的戰(zhàn)略能源,長期以來一直是各國綜合實力強(qiáng)弱的主要地區(qū)安全與穩(wěn)定的基礎(chǔ)[1,2]。加拿大亨特(Hunter)勘探其勘探開發(fā)中所采用的技術(shù)，于 1979 年提出了全球如圖 1.1 所示，高質(zhì)量、易開發(fā)的能源占據(jù)了儲量相難開發(fā)的非常規(guī)能源占據(jù)了儲存數(shù)量相對較大的金字平低、易開采程度低，其資源儲量和規(guī)模會相對較大成本也會逐漸增加[3,4]。2003 年，加拿大非常規(guī)天然釋了低質(zhì)量油氣資源的范圍[5]，如圖 1.1 所示。隨著竭，未來其勘探開發(fā)的難度會越來越大。迫切需要加源替代常規(guī)油氣資源，確保能源需求。常規(guī)油氣資源

圖 1.4Atlas Copco 公司研發(fā)的 QL120 型空氣錘MA 公司研發(fā)的四種系列氣動潛孔錘及其配套鉆頭有 50 創(chuàng)出了 5368 米的深度記錄。此外，公司生產(chǎn)的 P125 型氣國普光油氣田鉆探工程中，在應(yīng)用中取得了非常好的鉆進(jìn)氣田 301-4 井進(jìn)行深 700.25~3314.39M 的鉆進(jìn)施工中，僅快錄井記錄[32]。全井段平均鉆速達(dá)到了 11.78m/h，和采用用 P125 空氣錘產(chǎn)品的鉆井速度是空氣鉆進(jìn)速度的 1.5-2

tlas Copco 公司研發(fā)的 QL120 型的四種系列氣動潛孔錘及其配的深度記錄。此外，公司生產(chǎn)的鉆探工程中，在應(yīng)用中取得了非進(jìn)行深 700.25~3314.39M 的鉆進(jìn)]。全井段平均鉆速達(dá)到了 11.78錘產(chǎn)品的鉆井速度是空氣鉆進(jìn)速
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本文編號：2893812