氣體鉆井鉆具疲勞破壞機理研究.pdf

1、隨著油氣資源勘探開發(fā)難度加大,低滲油氣藏、深層油氣藏已逐步成為勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場,保護儲層和提高鉆井速度是高效開發(fā)低滲油氣藏所面臨的主要難點和重點,氣體鉆井的優(yōu)勢就在于能夠保護儲層、提高鉆井速度,因此,氣體鉆井技術(shù)得到了長足的發(fā)展,但是在氣體鉆井過程中,鉆具疲勞破壞已嚴重影響著氣體鉆井施工進度和氣體鉆井技術(shù)發(fā)展。
　　 本文開展了鉆柱應(yīng)力波傳遞及鉆具裂紋擴展等力學分析,深入地剖析了氣體鉆井鉆具疲勞破壞機理,并以此為基礎(chǔ),進行了氣體

2、鉆井鉆具使用壽命分析,并結(jié)合氣體鉆井鉆柱動力學設(shè)計了預(yù)防鉆具疲勞破壞的氣體鉆井鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)。應(yīng)用沖擊動力學中應(yīng)力波分析的普遍方法,分析了氣體鉆井時應(yīng)力波在鉆柱中的產(chǎn)生、傳遞過程及其對鉆柱疲勞破壞的影響:氣體鉆井鉆頭與地層相互作時所產(chǎn)生的沖擊波動大,跳鉆發(fā)生頻繁,而在強間斷面發(fā)生應(yīng)力波的反射和透射,使鉆柱所間斷面處發(fā)生應(yīng)力疊加,導致了鉆柱易在間斷面處發(fā)生過早的疲勞破壞。分析了氣體鉆井鉆具裂紋擴展過程、裂紋擴展應(yīng)力應(yīng)變場及應(yīng)力波對鉆具

3、裂紋擴展的影響,分析表明:氣體鉆井時,鉆柱、鉆頭及地層間產(chǎn)生的沖擊作用及峰值明顯大于常規(guī)鉆井,并受鉆柱振動、氣體沖蝕等因素影響,裂紋擴展速率增加,導致鉆具裂斷。綜合氣體鉆井鉆柱動力學、鉆柱應(yīng)力波傳遞及裂紋擴展分析成果,建立了基于氣體鉆井的鉆柱裂紋擴展壽命模型,該模型首次考慮了應(yīng)力波對疲勞壽命的影響,分析了鉆具結(jié)構(gòu)及鉆井參數(shù)影響裂紋擴展壽命規(guī)律,為氣體鉆井鉆柱疲勞壽命的預(yù)測提供了理論依據(jù)和分析方法,為氣體鉆井過程中鉆具安全管理提供了依據(jù)。

4、通過川東北地區(qū)現(xiàn)場應(yīng)用方案制定及應(yīng)用表明,該優(yōu)化方法能夠有效的減少氣體鉆井鉆具疲勞破壞。建立了氣體鉆井鉆柱動力學模型,并采用計算機仿真方法對模型進行了數(shù)值求解,鉆柱動力學分析及現(xiàn)場應(yīng)用表明:由于氣體的阻尼作用遠遠小于鉆井液,鉆柱與井壁之間的接觸碰撞相對鉆井液鉆井更頻繁、劇烈,鉆具受力不均勻,鉆具容易屈曲失穩(wěn),增加了鉆柱疲勞破壞機率。根據(jù)氣體鉆井的特點,設(shè)計的適用于氣體鉆井的橫向減震器和縱向減震器,有利于降低鉆具橫向及縱向振動,減小鉆具疲