本文關(guān)鍵詞：氣體鉆井中下部鉆具沖蝕失效研究

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【摘要】：氣體鉆井具有鉆速快、地層污染小、防止循環(huán)漏失等優(yōu)點(diǎn),但是由于地層出水及鉆具磨損嚴(yán)重等問(wèn)題,其在現(xiàn)場(chǎng)施工中的應(yīng)用受到了限制。本文針對(duì)氣體鉆井中下部鉆具常出現(xiàn)的沖蝕磨損問(wèn)題,進(jìn)行了研究探討,通過(guò)沖蝕實(shí)驗(yàn)研究、沖蝕模型分析、數(shù)值計(jì)算模擬等方法總結(jié)分析了鉆具的沖蝕規(guī)律,針對(duì)氣體鉆井中下部鉆具的沖蝕失效問(wèn)題開(kāi)展了以下研究工作并得到了相應(yīng)結(jié)論：(1)自主研發(fā)設(shè)計(jì)了一套可循環(huán)的沖蝕實(shí)驗(yàn)裝置,該裝置將加沙器和排砂分離裝置整合為一體,實(shí)現(xiàn)了砂粒在沖蝕中的循環(huán)利用。在對(duì)試片的沖蝕規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究后得到了不同攻角時(shí),試片表面的油漆在受到長(zhǎng)時(shí)間沖蝕后的剝落規(guī)律。對(duì)試片沖蝕后的質(zhì)量進(jìn)行了測(cè)量統(tǒng)計(jì),估算了所用鋼材在實(shí)驗(yàn)中的沖蝕速率。(2)利用數(shù)值模擬軟件建立了試片沖蝕的模型和井下鉆具的模型,調(diào)整了沖蝕計(jì)算中的參數(shù)設(shè)置,在對(duì)試片沖蝕的模擬計(jì)算中得到了與實(shí)驗(yàn)中相近的結(jié)果。對(duì)井下鉆具模型進(jìn)行了觀察分析,設(shè)計(jì)了模擬組次,對(duì)模型的網(wǎng)格進(jìn)行了優(yōu)化處理并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況設(shè)計(jì)了進(jìn)出口條件和環(huán)境變量。(3)使用DPM模型對(duì)不同進(jìn)出口條件下的環(huán)空流場(chǎng)和鉆具沖蝕進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果分析表明,沖蝕主要集中在鉆桿接頭位置,鉆桿本體受到?jīng)_蝕的影響較小,沖蝕痕跡呈現(xiàn)螺旋上升的規(guī)律但是會(huì)受到不同入口條件的影響。進(jìn)口速度(注氣量)對(duì)環(huán)空內(nèi)流場(chǎng)影響較大,也會(huì)直接影響沖蝕速率,而相同的入口速度下井底壓力的變化對(duì)沖蝕速率影響不大。(4)通過(guò)對(duì)氣體鉆井中下部鉆具的物理模型調(diào)整和環(huán)境變量設(shè)置,計(jì)算了不同工況時(shí)鉆具的沖蝕速率,發(fā)現(xiàn)工況的改變對(duì)沖蝕速度和沖蝕分布影響很大。
【關(guān)鍵詞】：氣體鉆井 沖蝕 環(huán)空流場(chǎng) DPM模型 沖蝕抑制
【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)】：TE921
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第1章 緒論7-15
• 1.1 研究的目的及意義7-8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況8-13
• 1.2.1 沖蝕的基礎(chǔ)理論研究8-9
• 1.2.2 沖蝕的實(shí)驗(yàn)研究9-11
• 1.2.3 環(huán)空流場(chǎng)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 研究的主要內(nèi)容13-15
• 第2章 沖蝕理論研究15-22
• 2.1 沖蝕理論模型15-16
• 2.2 離散相模型理論16-18
• 2.2.1 顆粒運(yùn)動(dòng)方程16-17
• 2.2.2 附加力17-18
• 2.2.3 顆粒運(yùn)動(dòng)方程的求解18
• 2.3 數(shù)值模擬的湍流模型分析選擇18-20
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型19
• 2.3.2 近壁面流動(dòng)處理19-20
• 2.4 沖蝕模型20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第3章 試片沖蝕的實(shí)驗(yàn)研究22-30
• 3.1 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)及加工22-25
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)及功能22-24
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置加工實(shí)物24-25
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)25-27
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析27-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第4章 模擬模型的確立及驗(yàn)證30-38
• 4.1 DPM模型設(shè)置30
• 4.2 沖蝕實(shí)驗(yàn)的數(shù)值模擬分析及比對(duì)30-33
• 4.2.1 沖蝕腔流體區(qū)域結(jié)構(gòu)模型30-31
• 4.2.2 模擬的前期準(zhǔn)備31
• 4.2.3 模擬結(jié)果分析31-33
• 4.3 氣體鉆井中下部鉆具物理模型及設(shè)置33-37
• 4.3.1 氣體鉆井中下部鉆具環(huán)空內(nèi)結(jié)構(gòu)模型33-34
• 4.3.2 模擬組次設(shè)置34-35
• 4.3.3 網(wǎng)格劃分及初始條件設(shè)置35-37
• 4.4 本章小結(jié)37-38
• 第5章 環(huán)空內(nèi)流場(chǎng)及沖蝕分析38-53
• 5.1 不同進(jìn)口速度時(shí)環(huán)空內(nèi)流場(chǎng)分布研究38-47
• 5.2 不同進(jìn)口壓力時(shí)環(huán)空內(nèi)流場(chǎng)分布研究47-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第6章 不同工況條件沖蝕及沖蝕抑制研究53-65
• 6.1 不同攜砂率時(shí)鉆桿接頭處沖蝕研究53-55
• 6.2 氣體攜液情況下鉆桿接頭處沖蝕研究55-57
• 6.3 鉆具偏心時(shí)鉆桿接頭處沖蝕研究57-62
• 6.4 不同鉆桿轉(zhuǎn)速時(shí)鉆桿接頭處沖蝕研究62-64
• 6.5 本章小結(jié)64-65
• 第7章 總結(jié)與展望65-67
• 7.1 總結(jié)65-66
• 7.2 展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲得成果73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：657397