粒子冲击钻井注入系统设计及数值模拟研究

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1、石油机械2013年第41卷第l1期CHINAPETROLEUMMACHINERY钻井技术与装备粒子冲击钻井注入系统设计及数值模拟研究邢雪阳徐义(1．中国石油大学(华东)石油工程学院2．北京师范大学资源学院)摘要：针对粒子冲击钻井技术中注入系统难控制、易堵塞等问题，结合理论研究、数值模拟及试验研究，设计出一种具有射流防堵功能的负压粒子注入系统。该系统主要由射流管、射流防堵喷头、负压粒子注入管、喷嘴、主管汇、调节管、调节阀及粒子注入罐等组成。数值模拟及试验结果表明，负压粒子注入系统可产生预期负压，将粒子吸入注入管内与钻井液充分混合，同时解决

2、防堵和注入2个技术难题，实现粒子的有效注入。设计的粒子冲击钻井注入系统将大幅提高我国中西部地区深部极硬耐磨地层的钻速。关键词：粒子冲击钻井；粒子注入系统；数值模拟；负压粒子注入管；射流防堵喷头中图分类号：TE248文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2013．11．006DesignandNumericalSimulationofParticleImpactDrillingInjectionSystemXingXueyangXuYi(1．SchoolofPetroleumEngineering，Chi

3、naUniversityofPetroleum，Qingdao2．CollegeofResourcesScienceandTechnology，BeijingNormalUniversity)Abstract：Theinjectionsysteminparticleimpactdrillingtechnologyisdifficulttocontrolandeasytoblock．Therefore，akindofnegativepressureparticleinjectionsystemwiththejetanti—blocking

4、functionwasde—signedonthebasisoftheoreticalresearch，numericalsimulationandexperimentalstudy．Thesystemmainlycon—sistsofjetpipe，jetanti—blockingnozzle，negativeparticleinjectionpipe，nozzle，mainmanifold，regulationpipe，regulationvalveandparticleinjectiontank．Thenumericalsimul

5、ationandtestfindingsshowthatthesystemcanproducetheexpectedpressure，inhalingparticlesintotheinjectionpipetomixfullywithdrillingfluid．Meanwhile，theanti—blockingandinjectionproblemsaresolved，achievingeffectiveinjectionofparti—cles．Thesystemdesignedwillremarkablyimprovethedr

6、illingrateinextrahardandwear—resistantdeepformationsinChina’Scentralandwesternregions．Keywords：particleimpactdrilling；particleinjectionsystem；numericalsimulation；negativepressurepar—ticleinjectionpipe；jetanti—blockingnozzle期试制阶段，徐依吉等通过研究粒子冲击钻井0引言在我国的实际应用前景，研发了国内首套完整意义上的粒

7、子冲击钻井系统。国外仅有美国PDTI公粒子冲击钻井技术是为开发深部极硬地层及研司l3-sj在美国犹他州和得克萨斯东部等北美最坚硬磨性较高地层中的油气资源而研发的一项石油钻井耐磨地层进行了现场试验，试验结果表明在相同条新技术。目前，该技术在国内还处在理论研究和先件下钻井速度提高3～4倍。因此，粒子冲击钻井$基金项目：中国石油天然气集团公司重点科研项目“粒子冲击钻井技术研究”(2008A一2301)(2010A一4201)；山东省自然科学基金重点项目“粒子冲击钻井技术理论及关键技术研究”(ZR2010EZ004)。石油机械2013年第41卷

8、第11期在提高深井硬地层钻速方面具有巨大的潜力，在我根据式(1)，若想获得较好的射流效果以便国四川等西部油气资源丰富却埋藏较深、岩石坚硬实现粒子在注入管内充分混合，应当减小人口直耐磨的地区具有广阔的应用前景