提高微小井眼钻头破岩效率的研究

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1、中国石油大学(华东)顾二l：学位论文破岩效率。(2)微小井眼钻头水力参数优化设计．综合考虑钻井液的流变性，连续管内径及环空尺寸，钻井参数(包括钻井液排量)和泥浆的特性，以获得最大钻头水功率为目标函数对微小井眼钻头进行水力参数优化设计，优选出微小井眼钻井所用钻井泵的最优排量和喷嘴直径。(3)微小井眼井底流场模拟分析应用Fluent软件对单喷嘴及多喷嘴条件下的三维井底流场进行模拟，分析微小井眼环境下的井底流场结构特性、井底漫流速度场、压力场及其对清岩效果的影响。(4)微小井眼钻头设计在以上研究的基础上，通过技术集成和优化设计，确定满足钻进88．9mm井

2、眼要求的微小直径钻头的设计方案，设计出一种适用于微小井眼钻进的新型高效破岩PDC钻头。1．2．2研究方法本文主要采用理论分析计算、室内试验及数值模拟相结合的研究方法，以流体力学、水射流理论、机械设计为理论基础，在国内外现有的对微小井眼钻井技术的研究基础上，研究提高微小井眼钻头破岩效率的方法，并设计微小井眼高效破岩钻头。1．2．3技术路线本文首先对国内外微小井眼钻井技术进行调研和理论分析，改造实验台架，进行室内实验研究和水力参数优化设计，以改善微小并眼井底的水力能量分配，提高微小并眼钻头破岩效率；学习软件，通过Pro／E软件来建立PDC钻头物理模型，

3、应用Fluent软件对微小井眼PDC钻头井底流场进行模拟，分析井底流场情况，为微小井眼钻头水力结构设计提供参考；通过理论分析计算，优化钻头的水力结构，设计出新一代高效破岩PDC钻头，为提高微小井眼钻速提供一种新方法、新途径。3第二章国内外研究现状第二章国内外研究现状2．1微小井眼钻井国内外技术现状2．1．1小井眼钻井技术现状小井眼技术是继水平井技术之后，在上世纪80年代后期开始兴起的又一热点技术。小井眼钻井国外可以追溯到上世纪20年代，国内于上世纪70年代在吉林、新疆、大庆打了800多口小井眼井。但小井眼钻井技术在沉默了一段时间后，于上世纪80年代

4、后期又掀起热潮。20世纪90年代以来，小井眼钻井技术作为一种经济型钻井技术取得了长足的进步。这种钻井工艺技术的发展带动了小井眼钻井装备及配套工具的技术进步，主要表现在小井眼钻井、小井眼井下工具组合、小井眼井控设备和小井眼固井工具等方面。目前具有代表性的国外公司小井眼钻机主要有：低成本的美制Kenting小井眼钻机；瑞典石油勘探公司(Microdrill公司)的装有小型防喷器的Diamc--700小井眼液压钻机，可钻井径50．8-"76．2mm、井深217"-'2666m的小井眼井；法国的Foraslim小井眼钻机是目前世界最先进的小井眼专用钻机，占

5、地面积为常规井场的1／6，既可用于钻<121．6rnm和<96mm小井眼，也可用于连续取心钻井，自动化程度高，钻深达3500m，比用常规钻机节约费用25％'--'47％；意大利Soilmec公司推出的G一100、G一100HD、G～150、G一200和G一250型系列小井眼钻机，是目前世界上唯一的小井眼钻机系列；Amoco公司和Nabor公司共同研究开发的Rigl70型小井眼石油钻机，配有数控系统(DCS)和I专家井控系统(xwc)，全液压驱动，钻井液净化系统为清洁器和离心机，欧共体Thermie规划Euroslim项目研究开发的小井眼石油钻机，采

6、用顶驱系统，SH111、SH66高强度钻杆，同时还配备了取心装置、录并和测井装置、井涌监测仪和报警系统；英国钻井设备公司研制的小井眼钻机，采用液力驱动，钻深能力达3000m，并配有新式钻杆排放系统和先进检测仪器，既可钻井又可取心。在小井眼钻头方面，美国BakerHughes公司研制出的能适应转速为200r／min的98．4mm牙轮钻头，具有较厚的锥形外壳和直径较小的轮轴，钻头长度由常规的146mm减小到121mm，增强了侧钻能力，寿命提高了30％'--．-40％。以DBS公司、克里斯坦森公司等为代表，专门研制了抗偏转的小尺寸PDC钻头、TSP钻头和

7、天然金刚石钻头。这3种钻头能适应高转速，可用于连续取心和钻进。美国Maurer工程公司为美国能源4中忍石；盘大学(华东)硕士学位论文部研制了一种混合型PDC／TSP高效钻头，PDC切削齿置于齿前排上，以高速度钻软地层；而TSP切削齿置于PDC切削齿的后排，用于钻易损坏PDC切削齿的硬夹层。该钻头在特定的大功率马达带动下能有效破岩。在小直径钻井马达方面，目前国外已经有高、中、低3种转速(500"-1000r／min)和多种直径(38．1～171．5mm)的小井眼钻井液马达，其抗高温性能已超过200。C。美国Maurer工程公司为美国能源部研N<85．

8、7mm大功率小井眼钻井液马达，配合PDC厂rSP高效钻头，能使钻速提高2倍，降低钻井成本50％---60％。为适应小井眼钻