本文選題：連續(xù)管 + 非攻擊性　； 參考：《長江大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：本論文選題來自國家科技重大專項“連續(xù)管裝備與應(yīng)用技術(shù)”的子課題關(guān)于連續(xù)管鉆井鉆頭選型的研究。連續(xù)管在鉆井作業(yè)中的使用越來越廣泛,利用連續(xù)管在已鉆井眼內(nèi)鉆直井或水平井,以及在“淺油層”鉆新井都是經(jīng)濟(jì)可行的。從國內(nèi)各個油田使用情況來看,連續(xù)管鉆井作業(yè)仍處于初級發(fā)展階段,只引進(jìn)了設(shè)備,沒有相應(yīng)的井下工具與技術(shù)作為支撐,使得連續(xù)管的使用率低,施工費(fèi)用高,其優(yōu)勢沒有得到充分的發(fā)揮。本論文針對連續(xù)管鉆井過程中鉆頭的選型問題進(jìn)行初步探索,通過選擇合適的PDC鉆頭提高鉆井作業(yè)效率。由于PDC鉆頭具有無活動件、適應(yīng)高轉(zhuǎn)速低鉆壓鉆井工況的特點(diǎn)和鉆頭使用壽命長的優(yōu)點(diǎn),特別適合在高硬度、高研磨性等其它鉆頭難以有效破巖的地層鉆進(jìn),應(yīng)用較為廣泛。PDC鉆頭是通過剪切力破碎巖層,容易引起管柱產(chǎn)生大的反扭矩作用,造成鉆頭工作面波動較大,定向鉆井出現(xiàn)偏差,管柱疲勞破壞等影響。針對連續(xù)管鉆井過程中“低鉆壓-高轉(zhuǎn)速”的特點(diǎn),用于連續(xù)油管鉆井的PDC鉆頭一般應(yīng)具備以下條件：(1)在低鉆壓和高轉(zhuǎn)速下應(yīng)具有足夠的破巖能力；(2)在鉆井過程中,鉆頭產(chǎn)生的扭矩要低,隨著鉆壓的波動變化較小。為了滿足以上要求,PDC鉆頭的鉆壓和扭矩之間的關(guān)系應(yīng)該被很好的控制,使鉆頭產(chǎn)生的反扭矩作用較小。鉆壓和扭矩之間的關(guān)系可以用“攻擊性”來表示,即μ=36T/(WD),式中T—頭扭矩(ft-lb),W-—鉆頭鉆壓(1b),D—鉆頭直徑(in)。但一般的PDC鉆頭“攻擊性”很強(qiáng),PDC鉆頭的攻擊性是牙輪鉆頭的3-12倍。對于牙輪鉆頭,μ=0.1～0.2；對于PDC鉆頭,μ=0.6～1.2。攻擊性強(qiáng)的PDC鉆頭,容易引起連續(xù)管管柱出現(xiàn)大的反扭矩,特別是為連續(xù)管定向鉆井帶來不利影響。因此降低PDC鉆頭的攻擊性是一項重要任務(wù)。本文首先對連續(xù)管管柱在井下的受力情況進(jìn)行分析,通過理論計算得出連續(xù)管承受的極限鉆壓和極限扭矩。針對直井、水平井或大位移井三種不同井況,分成三種情況建立力學(xué)模型,分別是垂直井段管柱力學(xué)模型、水平井段管柱力學(xué)模型和造斜井段管柱力學(xué)模型。結(jié)果表明,連續(xù)管在垂直井段容易發(fā)生屈曲變形,水平井段次之,彎曲井段發(fā)生的可能性最小。針對連續(xù)管鉆井作業(yè)需要弱攻擊性鉆頭,通過設(shè)計冠部形狀達(dá)到降低鉆頭攻擊性的目的�？偨Y(jié)前人對冠部形狀設(shè)計的理論研究,提出一種新的冠部形狀設(shè)計原則——“等攻擊性”原則。為了保證PDC鉆頭的切削齒攻擊性相同,都具有弱攻擊性,通過理論分析,得到“直線-圓弧-直線”型冠部輪廓形狀,使得外錐部位的攻擊性保持相同水平。為了驗證該冠部形狀鉆頭在外錐部位的攻擊性一致,建立鉆頭模型,通過有限元軟件分析,確定外錐角與攻擊性的關(guān)系。結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),隨著外錐角的增大,鉆頭的攻擊性隨之增強(qiáng),近似呈線性關(guān)系。當(dāng)外錐角接近30。時,攻擊性最小。由此可知,合理設(shè)計冠部形狀的外錐角,有利于降低PDC鉆頭的攻擊性。研究鉆頭切削結(jié)構(gòu)對攻擊性的影響,主要選擇鉆頭單齒的切削角度(后傾角、側(cè)轉(zhuǎn)角)、切削齒直徑對單個切削齒的攻擊性的影響。運(yùn)用ANSYS/LS-DYNA動力學(xué)分析軟件,模擬PDC鉆頭單個切削齒在紅砂巖上切削一定深度的巖層。本論文針對單齒破巖切削的情況,利用切向力與軸向力的比值來反應(yīng)攻擊性的強(qiáng)弱。數(shù)值越大,則PDC鉆頭單齒攻擊性越強(qiáng)；數(shù)值越小,則PDC鉆頭單齒攻擊性越弱。通過仿真模擬,改變后傾角、側(cè)轉(zhuǎn)角及切削齒直徑三個參數(shù),確定三者對PDC鉆頭單齒攻擊性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,后傾角對攻擊性的影響最大,側(cè)轉(zhuǎn)角次之,切削齒的大小對攻擊性的影響不明顯。在一定范圍內(nèi),PDC鉆頭切削齒的攻擊性隨著后傾角、側(cè)轉(zhuǎn)角的增大而減小。利用有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA和后處理軟件LS-PREPOST,實現(xiàn)了顯示動力學(xué)切削仿真分析和切削仿真動畫的功能。利用模糊綜合評價法對連續(xù)管鉆井PDC鉆頭進(jìn)行選型,綜合考慮鉆頭的使用效果、巖層力學(xué)性質(zhì)和鉆頭自身的性能,建立模糊綜合評價法則,讓鉆頭選型能夠在定性的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析。首先確定模型評價對象和評價指標(biāo)因子,然后構(gòu)建單因素評價向量和評價矩陣,確定評價權(quán)重集,通過模糊運(yùn)算法則進(jìn)行運(yùn)算,最后運(yùn)用最大隸屬度原則選出合適的鉆頭。選擇鉆頭的攻擊性作為評價因素,考慮了連續(xù)管鉆井的特點(diǎn),更具有針對性。本論文雖然對鉆頭選型做了一定量的研究,但仍處于探索階段,還需要進(jìn)行更深層次的研究。比如：(1)將鉆頭上的多個切削齒上的切向力和軸向力進(jìn)行疊加,并乘以相應(yīng)的由布齒密度引起的重疊切削系數(shù),得到整個PDC鉆頭的鉆壓和扭矩,進(jìn)而得到多個切削齒的布齒特征對PDC鉆頭的“攻擊性”的影響規(guī)律特征。(2)模糊綜合評價法需要結(jié)合連續(xù)管鉆井鉆頭實際使用的情況進(jìn)行分析,確定選型的評價標(biāo)準(zhǔn),建立評價模型和綜合指標(biāo)。
[Abstract]:This paper deals with the study of the selection of continuous pipe drilling bit from the sub - task of " continuous pipe equipment and application technology " from the national science and technology major . The use of continuous pipe in drilling operation is more and more extensive , and it is economically feasible to use continuous pipe to drill straight or horizontal well in the drilled hole and to drill new well in shallow oil reservoir .
In order to meet the above requirements , the relationship between the drilling pressure and torque of the PDC bit should be well controlled so that the anti - torque effect produced by the drill bit is small . The relationship between the drilling pressure and the torque can be represented by " aggression " , i.e . 渭 = 36T / ( WD ) , the T - head torque ( ft - lb ) , the W - bit drilling pressure ( 1b ) and the D - bit diameter ( in ) .
This paper studies the influence of the cutting structure of the drill bit on the attack of single cutting teeth . The results show that , with the increase of the outer cone angle , the attack ability of the drill bit can be reduced . The results show that , with the increase of the outer cone angle , the attack ability of the drill bit can be reduced .
In this paper , the influence law of the three parameters on the single tooth attack of PDC bit is determined by using the fuzzy comprehensive evaluation method . The results show that the influence of the three parameters on the single tooth attack of PDC bit is not obvious .

【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE921.1

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本文編號：1886312