本文關(guān)鍵詞：基于水力振蕩器力學(xué)特性的全井鉆柱動(dòng)力學(xué)研究　出處：《西南石油大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 水力振蕩器 修正摩擦系數(shù) 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué) 安裝位置 振動(dòng)參數(shù)

【摘要】：頁巖氣鉆井過程中常常采用長位移水平井鉆井技術(shù),為了充分暴露產(chǎn)層,需要盡可能地增大水平段延伸距離。在頁巖氣水平井鉆井過程中,隨著水平段長度的增加,容易出現(xiàn)摩阻過大所導(dǎo)致鉆壓傳遞困難,形成托壓效應(yīng),進(jìn)而大幅降低機(jī)械鉆速。在釋放托壓效應(yīng)、降低鉆柱摩阻的提速方法中,水力振蕩器(Axial Oscillation Tool或Agitator)具有良好的應(yīng)用效果和發(fā)展前景。本文對(duì)前人在摩擦學(xué)原理研究中大量的實(shí)驗(yàn)與理論成果進(jìn)行分析,結(jié)合水力振蕩器的工作原理,分析了托壓難以釋放的原因,探討了摩擦與滑動(dòng)速度的關(guān)系,認(rèn)識(shí)到摩擦系數(shù)在一定范圍內(nèi)會(huì)隨著相對(duì)滑動(dòng)速度的增大而降低。確定了鉆柱鋼材與井壁巖石之間的接觸特性符合Dieterich-Ruina摩擦定律,進(jìn)而對(duì)摩擦系數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了修正。本文基于彈性力學(xué)理論和有限元分析方法,考慮鉆柱與井壁之間的接觸,建立了真實(shí)井眼軌跡內(nèi)水平井全井鉆柱動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)鉆柱與井壁發(fā)生接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),將采用Dieterich-Ruina摩擦定律對(duì)摩擦系數(shù)進(jìn)行修正。根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)帶水力振蕩器全井段鉆柱的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了模擬,計(jì)算了滑動(dòng)鉆進(jìn)過程中鉆柱累計(jì)摩阻、井口軸向載荷、水力振蕩器前后不同位置處鉆桿立柱所受到的軸向摩擦力和軸向載荷的時(shí)間響應(yīng)結(jié)果,分析了水力振蕩器安裝位置、最大振蕩力和工作頻率等因素對(duì)水力振蕩器降摩減阻效果的影響。對(duì)全井段鉆柱模擬結(jié)果分析表明：動(dòng)力學(xué)方法的累計(jì)摩阻計(jì)算結(jié)果比靜力學(xué)方法小25.5%左右；安裝水力振蕩器后,全井段鉆柱累計(jì)摩阻將降低17%左右；水力振蕩器對(duì)鉆柱產(chǎn)生顯著摩阻降低效果大約在安裝位置前后360m鉆柱范圍內(nèi),且距離水力振蕩器越遠(yuǎn),摩擦力降低比例越小,但在鉆頭附近出現(xiàn)明顯的摩擦力降低；水力振蕩器的安裝位置越靠近鉆頭,或最大振蕩力越大,或工作頻率越高都會(huì)使得鉆柱累計(jì)摩阻少量降低。其中,安裝位置靠近鉆頭,安裝位置附近鉆柱軸向摩擦力降低比例將會(huì)增大；當(dāng)最大振蕩力超過40kN時(shí),水力振蕩器附近鉆柱的軸向摩擦力降低比例越小,因此需要將最大振蕩力控制在40kN以下；當(dāng)工作頻率超過17Hz時(shí),水力振蕩器附近鉆柱的軸向摩擦力降低比例反而越小。同時(shí),安裝位置越靠近鉆頭,或最大振蕩力越大,或工作頻率越高,都將使得下部鉆具組合軸向載荷上升。推薦的水力振蕩器使用參數(shù)(Φ172mm水力振蕩器)：安裝位置控制在鉆頭后200m-360m處,振蕩力產(chǎn)生參數(shù)組合選取水力壓降650psi-開泵面積11 in2或水力壓降550psi-開泵面積16in2,工作頻率控制在16Hz-17Hz范圍內(nèi)。本文研究結(jié)果可為水平井鉆井過程中確定合理水力振蕩器使用參數(shù)提供理論支持。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE927

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本文編號(hào)：1354711