本文選題：氣體鉆井 + 井徑擴(kuò)大�。� 參考：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：氣體鉆井技術(shù)因其鉆速快、成本低和對(duì)儲(chǔ)層傷害低的特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。氣體鉆井在薄弱地層、高構(gòu)造應(yīng)力地層等井段容易造成井眼坍塌擴(kuò)徑。擴(kuò)徑會(huì)影響井筒內(nèi)的流場(chǎng)二次分布,改變井眼凈化工況從而引起卡鉆等鉆井事故,尤其是深井氣體鉆井。因此,需要針對(duì)氣體鉆井井徑擴(kuò)大環(huán)空氣固動(dòng)態(tài)流動(dòng)展開(kāi)研究。本文在管內(nèi)氣體流動(dòng)理論、顆粒動(dòng)力學(xué)理論、氣固兩相流動(dòng)理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合氣體鉆井實(shí)際工況,建立了氣體鉆井井徑擴(kuò)大環(huán)空氣固動(dòng)態(tài)流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,利用CFD模擬、數(shù)值模擬及室內(nèi)可視化擴(kuò)徑井段巖屑運(yùn)移實(shí)驗(yàn)等方法,開(kāi)展氣體鉆井井徑擴(kuò)大環(huán)空氣固動(dòng)態(tài)流動(dòng)研究,得到以下研究成果:(1)結(jié)合BZX井氣體鉆井實(shí)際工況,對(duì)該井進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得BZX井井筒流動(dòng)參數(shù)。采用數(shù)值模擬手段,分析BZX井井徑擴(kuò)大不同形式(不同擴(kuò)徑率、不同擴(kuò)徑形態(tài))條件下的環(huán)空流場(chǎng)動(dòng)態(tài)分布規(guī)律。(2)基于環(huán)空流場(chǎng)動(dòng)態(tài)分布規(guī)律的研究,加載固相巖屑顆粒并進(jìn)行了受力分析,建立了巖屑顆粒運(yùn)動(dòng)方程。同時(shí),建立了擴(kuò)徑段環(huán)空氣固仿真模型,通過(guò)CFD軟件模擬,得到了不同擴(kuò)徑工況下環(huán)空氣固動(dòng)態(tài)流動(dòng)。(3)在分析巖屑運(yùn)移方式基礎(chǔ)上建立了巖屑運(yùn)移模型,并提出了一種基于氣體鉆井立壓變化反演井眼擴(kuò)徑率的方法,通過(guò)BZX井實(shí)際工況進(jìn)行實(shí)例分析,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工況基本吻合。結(jié)合BZX井氣體鉆井實(shí)際工況,利用CFD模擬,得到不同井深條件下:井底沉砂厚度～井眼尺寸～注氣量之間的三維圖版;并且分析不同含水量條件下的井底沉砂運(yùn)移效果,得到含水量越高,沉砂運(yùn)移越困難。(4)自主研制了氣體鉆井?dāng)U徑井段巖屑運(yùn)移可視化實(shí)驗(yàn)架,開(kāi)展巖屑運(yùn)移可視化室內(nèi)實(shí)驗(yàn),得到了巖屑顆粒在擴(kuò)徑井段產(chǎn)生動(dòng)態(tài)懸浮現(xiàn)象的臨界注氣量與井底沉砂厚度0.1m時(shí)啟動(dòng)運(yùn)移臨界注氣量,并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析驗(yàn)證了三維圖版的準(zhǔn)確性。(5)針對(duì)BZX井?dāng)U徑段進(jìn)行環(huán)空攜巖規(guī)律的研究。通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算,得到了不同注氣量條件下環(huán)空氣體安全攜巖的最大巖屑粒徑,并提供了推薦施工參數(shù),為氣體鉆井現(xiàn)場(chǎng)施工提供重要理論指導(dǎo)。本文研究能夠?yàn)闅怏w鉆井施工參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持,同時(shí)為氣體鉆井風(fēng)險(xiǎn)控制工藝的改進(jìn)提供技術(shù)指導(dǎo)。
[Abstract]:Gas drilling technology has been widely concerned and applied because of its rapid drilling speed, low cost and low damage to reservoir. Gas drilling is easy to cause hole collapse and dilatation in weak formation and high structural stress formation. The diameter expansion will affect the secondary distribution of the flow field in the wellbore and change the condition of borehole purification resulting in drilling accidents such as drilling jam especially in deep well gas drilling. Therefore, it is necessary to study the dynamic flow of annular air-solid in gas drilling. On the basis of gas flow theory, particle dynamics theory and gas-solid two-phase flow theory in pipe, combined with the actual condition of gas drilling, a mathematical model of expanding annulus air-solid dynamic flow in gas drilling is established and simulated by CFD. Numerical simulation and experimental study of cuttings migration in extended diameter section are carried out. The following research results are obtained: 1) combined with the actual conditions of BZX well gas drilling, the numerical simulation of this well is carried out. The wellbore flow parameters of BZX well are obtained. By means of numerical simulation, the dynamic distribution law of annulus flow field in different forms of BZX well diameter expansion (different expanding rate and different expanding shape) is analyzed based on the dynamic distribution law of annulus flow field. The motion equation of cuttings was established by loading solid-phase cuttings and analyzing the stress. At the same time, the simulation model of annulus air solid in expanding section is established. By CFD software, the dynamic flow of annulus air solid under different expanding working conditions is obtained. (3) based on the analysis of cuttings migration mode, the cuttings migration model is established. A method based on the vertical pressure change of gas drilling to invert the hole diameter expansion rate is proposed. The actual working conditions of BZX well are analyzed and the calculated results are in good agreement with the actual working conditions. Combined with the actual condition of gas drilling in BZX well, using CFD simulation, the three-dimensional chart between bottom hole sand-sinking thickness and borehole size ~ gas injection rate is obtained under different well depth conditions, and the effect of bottom-hole sand sinking migration under different water content conditions is analyzed. The results show that the higher the water content, the more difficult the sand migration is.) the visual experimental frame of cuttings migration in expanding section of gas drilling has been developed independently, and the visualization laboratory experiment of cuttings migration has been carried out. The critical gas injection rate for dynamic suspension of cuttings in the expanded well section and the critical gas injection rate for starting migration at 0.1 m bottom sand thickness are obtained. The accuracy of 3D plate is verified by experimental analysis. (5) the law of carrying rock in annular space is studied in view of the expanding section of BZX well. Through numerical simulation calculation, the maximum cuttings diameter of the ring air body safely carrying rock under different gas injection rate is obtained, and the recommended construction parameters are provided, which provide important theoretical guidance for the field construction of gas drilling. The research in this paper can provide theoretical support for optimization design of gas drilling construction parameters and provide technical guidance for the improvement of gas drilling risk control technology.
【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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE21

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本文編號(hào)：1861847