【摘要】：隨著油氣開采量的加大和油氣儲(chǔ)量的減小,為了提高油氣井的采收率,同時(shí)降低鉆井的成本,水平井技術(shù)成為現(xiàn)代鉆井技術(shù)中一項(xiàng)十分重要的鉆井技術(shù),但因?yàn)樗骄@進(jìn)過程中,鉆柱易偏離自己的旋轉(zhuǎn)中心,導(dǎo)致橫向振動(dòng),而嚴(yán)重的鉆柱振動(dòng)將導(dǎo)致鉆具產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的脆性裂紋,導(dǎo)致最終斷裂等嚴(yán)重事故。所以,探討鉆柱橫向振動(dòng)是非常有意義的。本文針對(duì)鉆柱共振導(dǎo)致的鉆具產(chǎn)生逐漸擴(kuò)展的脆性裂紋,最終導(dǎo)致其斷裂的問題。以岳10X-A1水平井直井段鉆柱為研究對(duì)象,考慮鉆柱外鉆井液密度比鉆柱內(nèi)鉆井液密度大這一重要因素,采用流體數(shù)值計(jì)算軟件,分別對(duì)鉆柱內(nèi)鉆井液進(jìn)行K-ε湍流模型分析,對(duì)鉆柱環(huán)空段鉆井液進(jìn)行離散相模型分析,得到鉆柱內(nèi)壁壓力及外壁壓力隨井深變化的曲線,從鉆柱內(nèi)、外壁壓力曲線可以看出,密度、粘度、流速中任一因素的變化均會(huì)引起壓降變化,由流體力學(xué)理論可知,管路中能量的消耗會(huì)產(chǎn)生壓降,而能量的消耗是由水頭損失引起的,水頭損失又主要分為沿程水頭損失和局部水頭損失,根據(jù)管路沿程水頭損失和局部水頭損失公式可知,密度、粘度、流速越大,壓降越大,且當(dāng)除管路長度之外的因素均不變時(shí),壓降與管路長度成線性關(guān)系,故通過計(jì)算建立了鉆柱內(nèi)壁壓力及外壁壓力隨井深變化的函數(shù);再根據(jù)鉆井實(shí)鉆數(shù)據(jù),基于動(dòng)力學(xué)理論,應(yīng)用ANSYS軟件建立水平井直井段鉆柱橫向振動(dòng)模型,考慮鉆柱內(nèi)外不同密度鉆井液對(duì)鉆柱振動(dòng)的作用,將鉆井液壓力分布以函數(shù)加載的方式加載到有限元模型上,通過模態(tài)分析,獲得了鉆井液密度、鉆井液粘度、鉆井液流速、鉆壓對(duì)鉆柱橫振固有頻率的影響規(guī)律,得到鉆井液密度、粘度、流速、鉆壓增大時(shí),鉆柱橫振固有頻率均大致減少,從而為水平井直井段施工提供一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。
[Abstract]:With the increase of oil and gas exploitation and the decrease of oil and gas reserves, horizontal well technology has become a very important drilling technology in modern drilling technology in order to improve oil and gas recovery and reduce drilling cost. However, during horizontal well drilling, the drill string is easily deviated from its rotation center, which leads to lateral vibration, and the serious vibration of drill string will lead to the gradual propagation of brittle cracks in the drill tool, resulting in the final fracture and other serious accidents. Therefore, it is very meaningful to study the lateral vibration of drill string. In this paper, the brittle crack of drill pipe due to the resonance of drill string is gradually extended, which leads to the fracture of drill pipe. Taking the drill string in the straight section of Yue 10X-A1 horizontal well as the research object, considering the important factor that the drilling fluid density outside the drill string is higher than that in the drill string, the fluid numerical calculation software is used. The K- 蔚 turbulence model was used to analyze the drilling fluid in the drill string, and the discrete phase model was used to analyze the drilling fluid in the annulus of the drill string. The curves of the inner wall pressure and the outer wall pressure of the drill string changing with the depth of the well were obtained. As can be seen from the pressure curve of the outer wall, any change in density, viscosity and flow rate will cause pressure drop. According to the theory of fluid mechanics, the energy consumption in the pipeline will produce pressure drop, and the energy consumption is caused by the loss of water head. The head loss is mainly divided into the head loss along the path and the local head loss. According to the formula of the head loss along the pipeline and the local head loss, the greater the density, viscosity and velocity, the greater the pressure drop. The pressure drop is linearly related to the length of the pipe when all the factors except the length of the pipe are invariable, so the function of the inner wall pressure and the outer wall pressure of the drill string with the depth of the well is established by calculating. Based on the drilling data and dynamic theory, the lateral vibration model of drilling string in horizontal well is established by using ANSYS software. The effect of drilling fluid with different density inside and outside the drill string on the vibration of drill string is considered. The pressure distribution of drilling fluid is loaded into the finite element model by function loading. Through modal analysis, the effects of drilling fluid density, drilling fluid viscosity, drilling fluid velocity and drilling pressure on the natural frequency of drilling string transverse vibration are obtained. When the drilling fluid density, viscosity, flow rate and drilling pressure increase, the natural frequency of horizontal vibration of drill string is reduced, which provides some practical guidance for horizontal well vertical section construction.
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE921.2

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