本文關(guān)鍵詞：滑動導向鉆井PDC鉆頭鉆進力學研究　出處：《西南石油大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：PDC鉆頭滑動導向鉆井是油氣鉆井工程中的一種典型復雜鉆井方式,可有效提高破巖效率并用于控制井身軌跡,主要包括造斜和復合鉆進兩個階段。"PDC鉆頭數(shù)字化鉆井仿真技術(shù)"是近年來發(fā)展起來的一種研究鉆頭在地層中鉆進切削力學行為的先進技術(shù)手段,它能夠模擬復雜運動條件下鉆頭與巖石的互作用過程。PDC鉆頭在滑動導向鉆井工況下,受井身結(jié)構(gòu)、地層條件以及下部鉆具組合約束,常導致鉆頭出現(xiàn)"掏心"、"環(huán)槽"以及"縮頸"等嚴重失效形式的發(fā)生。在研討了 PDC鉆頭在滑動導向鉆井中的失效機理的基礎(chǔ)上,本文主要開展了以下工作:(1)通過研究定向井、水平井下部鉆柱的受力變形特性,得到了不同穩(wěn)定器數(shù)目下,螺桿彎臂的柔性彎角大小和撓度。在此基礎(chǔ)上,建立了 PDC鉆頭在滑動導向鉆井條件下(包括造斜階段和復合鉆進)的運動學模型。(2)研究了 PDC切削齒坐標位置、井斜角、穩(wěn)定器位置和個數(shù)、螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括螺桿彎臂的柔性彎角和彎臂長)和轉(zhuǎn)速比等因素對切削齒運動軌跡的影響。采用四因素四水平的正交仿真實驗,探討了多因素共同作用下切削齒徑向覆蓋范圍和心部產(chǎn)生的"回旋"距離的極差分析和方差分析。(3)修正了 PDC切削齒破巖過程中的力學模型,并分別得出了適用于南充砂巖、武勝砂巖和灰?guī)r的CD2值。(4)在新的力學模型的基礎(chǔ)上,改進和完善了 PDC鉆頭數(shù)字化鉆井仿真系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)進行了 6" PDC鉆頭偏心鉆進的仿真實驗,通過與相同條件下PDC鉆頭的室內(nèi)偏心實驗結(jié)果進行對比,驗證了該仿真系統(tǒng)的可靠性。(5)開展了滑動導向鉆井在兩種不同工作模式下PDC鉆頭鉆進均質(zhì)巖石(武勝砂巖)的力學行為分析,深入研究了鉆頭與巖石的互作用規(guī)律,分別得出了造斜階段的井底形貌、PDC切削齒的切削量、切削載荷和不同螺桿馬達外徑、螺桿馬達柔性彎角、穩(wěn)定器外徑、長度和位置下導向力的變化,以及復合鉆進工況下的井底形貌、PDC切削齒的不均衡接觸狀態(tài)、牙齒侵入特點、切削量、切削載荷和針對不同地層條件下轉(zhuǎn)速比和螺桿彎角的選用等結(jié)果。(6)針對PDC鉆頭的鉆進力學行為和失效機理,分別探討了造斜和復合鉆進中PDC鉆頭個性化設(shè)計的技術(shù)思想和實施方法。研究結(jié)果提高了對滑動導向鉆井,包括造斜和復合鉆進兩個工況下,PDC鉆頭破巖的機理認識,新的認識能夠?qū)︺@頭的性能表現(xiàn)作出合理解釋,并為鉆頭工作性能分析和個性化設(shè)計提供參考依據(jù)。
[Abstract]:PDC bit sliding steering drilling is a typical complex drilling method in oil and gas drilling, which can effectively improve the rock breaking efficiency and control wellbore trajectory. The digital drilling simulation technology of PDC bit is an advanced technique to study the cutting force behavior of bit drilling in formation in recent years. It can simulate the interaction process between bit and rock under complex moving conditions. PDC bit is constrained by well structure formation conditions and lower drilling tool combination under sliding steering drilling conditions. It often leads to the occurrence of serious failure forms such as "core pulling", "ring groove" and "necking". The failure mechanism of PDC bit in sliding steering drilling is discussed. This paper mainly carried out the following work: 1) by studying the stress and deformation characteristics of the bottom drill string in the directional well and horizontal well, the number of stabilizers is obtained. Flexible angle and deflection of screw bending arm. On this basis. The kinematics model of PDC bit under the condition of sliding steering drilling (including diagonal stage and compound drilling) is established. The coordinate position, well angle, stabilizer position and number of PDC cutting teeth are studied. The influence of screw structure parameters (including flexible bending angle and bending arm length) and rotational speed ratio on the cutting tooth trajectory was studied. The orthogonal simulation experiment was carried out with four factors and four levels. The range analysis and variance analysis of the "rotary" distance generated by the radial cover and the center of the cutting teeth under the combined action of many factors are discussed. The mechanical model of PDC cutting teeth during the rock breaking process is modified. The CD2 value. 4) suitable for Nanchong sandstone, Wusheng sandstone and limestone is obtained. On the basis of the new mechanical model, the digital drilling simulation system of PDC bit is improved and perfected. The simulation experiment of 6 "PDC bit eccentricity drilling is carried out by using this system, and the results are compared with the indoor eccentricity test results of PDC bit under the same conditions. The reliability of the simulation system is verified. The mechanical behavior analysis of PDC bit drilling in homogeneous rock (Wusheng sandstone) under two different working modes is carried out. The interaction between bit and rock is studied in depth. The bottom hole topography and cutting load of PDC cutting teeth, different screw motor outer diameters and flexible bending angle of screw motor are obtained respectively. The outside diameter, length and position of the stabilizer, the change of guiding force under the condition of composite drilling, the uneven contact state of the bottom hole profile of PDC cutting teeth, the characteristics of tooth invasion, and the cutting quantity. Cutting load and the selection of rotational speed ratio and screw bending angle under different formation conditions etc.) aiming at the drilling mechanical behavior and failure mechanism of PDC bit. The technical idea and implementation method of individualized design of PDC bit in diagonal drilling and compound drilling are discussed respectively. The research results improve the performance of sliding steering drilling, including slanting and compound drilling. The new understanding of the mechanism of rock breaking of PDC bit can reasonably explain the performance of bit and provide a reference for the analysis of bit working performance and individualized design.
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE921.1

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本文編號：1358791