论文部分内容阅读
水力脉冲空化射流钻井技术是水力脉冲和自振空化射流一体化提高机械钻速的一种钻井新技术,它通过水力脉冲空化射流发生器来实现,钻进时水力脉冲空化射流发生器安装于钻头上部,将连续流动的钻井液调制成脉冲流动,在井底产生强烈脉动涡环流,以波动压力的方式冲击井底,改善井底流场,从而提高机械钻速。本文在吸收和借鉴前人研究成果的基础上,依据流体力学、计算流体力学和水射流理论等,对水力脉冲空化射流钻井提高机械钻速机理、水力脉冲空化射流压耗计算模型、水力脉冲空化射流发生器结构设计、流场数值模拟、水力参数设计及多重组合现场试验等方面开展了较深入的研究。
在分析脉冲射流和空化射流提高机械钻速机理的基础上,分析讨论了水力脉冲和空化射流组合对改变井底流场、岩石应力状态、破岩及携岩效率的作用和机理,丰富了水力脉冲空化射流提高机械钻速理论。
基于流体力学、计算流体力学等相关理论,建立了水力脉冲空化射流发生器内部流体旋转的非定常流动模型,通过数值模拟计算,得出了水力脉冲空化射流发生器不同叶片数目条件下脉冲振幅、频率及压耗等参数随排量变化的关系曲线,为水力脉冲空化射流发生器设计、优化及现场应用提供了依据。
基于数值模拟计算结果,对水力脉冲空化射流发生器进行了结构设计,包括本体、叶轮总成、自激振荡腔室等部件,并通过室内测试、现场地面测试得到水力脉冲空化射流发生器压力脉动和频率特性。
在常规钻井水力参数计算的基础上,进行了水力脉冲空化射流钻井参数设计和计算,并编制了设计软件,进行了多种组合方式钻井的现场试验,包括常规水力脉冲空化射流钻井、水力脉冲空化射流复合钻井(水力脉冲空化射流配合井下动力钻具)、水力脉冲空化射流配合欠平衡钻井及配合PowerV钻井等。现场试验表明,水力脉冲空化射流钻井可平均提高机械钻速16.7%～172.2%