【摘要】：隨著鉆探事業(yè)的不斷發(fā)展,鉆探技術(shù)也不斷發(fā)展并獲得了新的突破。但在鉆探工程中,孔壁穩(wěn)定性的研究是一個長期而又未得到根本性解決的問題,例如:破碎地層的孔壁坍塌,塑性流變巖層的鉆孔縮徑,高地應(yīng)力區(qū)鉆孔垮塌、地層涌水、漂石、漏失等。這些復雜因素還可能同時出現(xiàn),這樣就增加了鉆探的難度,嚴重影響了孔壁穩(wěn)定。目前研究鉆井液對孔壁穩(wěn)定的影響多為理論研究、實驗室試驗測試分析、新型鉆井液研發(fā),以及鉆井液性能改進等。由于鉆探工程的復雜性和隱蔽性,現(xiàn)場試驗研究需耗費大量人力物力,且只能看到最終效果,不能直觀、有效的對鉆孔內(nèi)各個因素進行測定和調(diào)整。為了直觀和經(jīng)濟的研究在復雜情況下孔壁與鉆井液相互作用的綜合結(jié)果,需借助模擬試驗裝置。模擬試驗裝置是通過盡可能的模擬在鉆進狀態(tài)下孔內(nèi)的各個量,借助計算機手段對模擬狀態(tài)下試驗量的發(fā)展變化進行研究。本文通過研究鉆孔孔壁穩(wěn)定因素和孔壁穩(wěn)定實驗室評價方法,分析了現(xiàn)有評價方法存在的不足之處,提出了通過模擬試驗裝置進行模擬試驗從而完成孔壁穩(wěn)定評價。通過對國內(nèi)外鉆探模擬試驗裝置的構(gòu)成和工作原理,結(jié)合鉆孔孔壁的受力特點,設(shè)計出了鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置。該裝置可以模擬一定大小的上覆壓力、鉆桿在孔內(nèi)的回轉(zhuǎn)運動狀態(tài)、在不同間隙下鉆井液在孔內(nèi)的循環(huán)狀態(tài),鉆井液液柱壓力,以及不同組分的地層情況。通過對各個物理量的模擬,實現(xiàn)在鉆井液循環(huán)狀態(tài)下對模擬孔壁應(yīng)力——應(yīng)變發(fā)展的測試,為孔壁穩(wěn)定評價提供模擬試驗依據(jù)。文章從前到后的結(jié)構(gòu)為:首先是孔壁不穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀和國內(nèi)外的模擬試驗裝置的研究現(xiàn)狀,然后通過介紹鉆孔孔壁穩(wěn)定影響因素和實驗室評價方法的研究,接著結(jié)合國內(nèi)外鉆探模擬試驗裝置對模擬裝置進行整體設(shè)計,分述各個系統(tǒng)或部件的設(shè)計,最后完成裝置的制作對其進行硬件和軟件的調(diào)試。具體內(nèi)容如下:第一章概述了孔壁不穩(wěn)定帶來的危害以及孔壁穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀,介紹了其他模擬試驗裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。闡述了對于鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置的研究內(nèi)容、裝置研制路線圖和主要成果。第二章分析了孔壁穩(wěn)定影響因素,介紹一些孔壁穩(wěn)定實驗室評價方法。通過將幾種實驗方法存在的不足進行分析,得出需借助模擬試驗裝置進行模擬試驗的結(jié)論。第三章在研究了國內(nèi)外模擬試驗裝置的基礎(chǔ)上提出了鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置設(shè)計目的、設(shè)計應(yīng)遵循的總體原則、提出了設(shè)計思路并繪制了模擬試驗裝置的設(shè)計主體圖。第四章介紹了鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置各個系統(tǒng)的設(shè)計。測試模擬系統(tǒng)是集多種模擬因素于一體的一個測試模擬系統(tǒng),實現(xiàn)模擬孔壁的測試、孔底流場可視化、環(huán)空流態(tài)可視化和鉆桿在鉆孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的模擬。通過測試模擬系統(tǒng)可將各個系統(tǒng)模擬狀態(tài)或作用效果聯(lián)系到模擬孔壁上,為整個裝置的核心系統(tǒng);介紹了上覆壓力模擬系統(tǒng)工作原理,詳細闡述了試驗主筒的設(shè)計,包括形狀設(shè)計,材料選擇,及其校核;介紹了鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的液柱壓力控制工藝流程、調(diào)速閥工作壓力、流量計算和鉆桿旋轉(zhuǎn)連接器;對計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理做了闡述,將三種信號測試分析系統(tǒng)做了對比優(yōu)選。第五章對已研制成型的鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置做了硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試介紹了各個系統(tǒng)和部件的單獨調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試,對存在問題的地方進行了改進。軟件調(diào)試完成了整套測試裝置的聯(lián)通性,并完成了對土壓力傳感器的標定工作。本文在分析了孔壁穩(wěn)定實驗室評價方法的不足和研究國內(nèi)外鉆探模擬試驗裝置的基礎(chǔ)上,完成了鉆孔孔壁穩(wěn)定模擬試驗裝置的設(shè)計、制作和組裝。對裝置硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,可以看出該試驗裝置能夠進行整體的正常運行和模擬參數(shù)給定,已初步達到了設(shè)計要求。對于特定組分地層在鉆井液等多種因素作用下孔壁應(yīng)力——應(yīng)變發(fā)展規(guī)律的研究,仍需進行進一步試驗。
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P634.8

【參考文獻】

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本文編號：2540189