粒子脈沖射流破巖實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目前,國內(nèi)各油田在深井和超深井等硬巖地層鉆進(jìn)中普遍存在鉆井速度慢、鉆具壽命短、鉆井周期長、鉆井成本高等難題,直接制約著深井和超深井鉆井技術(shù)的發(fā)展和勘探開發(fā)的整體效益。在鉆井過程中,地層硬度及其相應(yīng)的鉆井難度會隨著井深的增大而增大,提高硬地層鉆井速度是世界石油工程領(lǐng)域面臨的難題之一。粒子脈沖射流是在鉆井過程中調(diào)制混入堅(jiān)硬粒子的脈沖射流,通過對井底巖石進(jìn)行高頻沖蝕和研磨,協(xié)同鉆頭破巖,以提高鉆進(jìn)速度。因此,深入研究粒子脈沖射流的破巖過程及其

2、破巖機(jī)理,對于提高深井的速度和效益具有重要的意義。
　　 本文綜合了磨料射流、脈沖射流、粒子沖擊鉆井技術(shù)在鉆井破巖中的優(yōu)勢,創(chuàng)新性地提出了粒子脈沖射流破巖方法。首先,根據(jù)射流在振蕩腔內(nèi)速度場、壓力場分布及流場脈動特性,優(yōu)選粒子脈沖射流調(diào)制元件的結(jié)構(gòu)尺寸,研制了粒子脈沖射流的原理樣機(jī);其次,設(shè)計(jì)了圍壓井筒等模擬實(shí)驗(yàn)裝置,探索了粒子直徑、粒子濃度、泵壓、噴距、圍壓等不同因素對射流破巖性能的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明,粒子脈沖射流破巖性能

3、顯著優(yōu)于純水射流,破巖效果隨著粒子直徑、粒子濃度、噴距的增加均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,本實(shí)驗(yàn)條件下最優(yōu)粒子濃度為15％,吸入口直徑與粒子直徑最佳比為3.5:1,最優(yōu)粒徑為1.7mm;采用正交實(shí)驗(yàn)分析粒子脈沖射流的影響因素,結(jié)果顯示圍壓、泵壓、粒子濃度、粒子直徑、噴距對射流破巖性能的影響依次減小;圍壓條件下破巖實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn),隨著圍壓的增大,破巖效果顯著降低,本實(shí)驗(yàn)條件下,圍壓2MPa時(shí)破巖效果比常壓下降低10-30％;鋼珠及工具的磨損實(shí)驗(yàn)

4、證實(shí),磨損主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)突變處,磨損率隨著工具工作時(shí)間的增加,逐漸降低,本次研究所用工具的磨損主要發(fā)生在縮頸處;最后,利用數(shù)值模擬的方法分析射流加速粒子,沖擊巖石過程中,粒子的運(yùn)動變化規(guī)律,以及巖石受到射流和粒子聯(lián)合沖擊作用,損傷破壞的過程,揭示了粒子射流破巖優(yōu)于純水射流破巖的內(nèi)在機(jī)理,研究結(jié)果為認(rèn)識粒子射流高效破巖機(jī)理提供了依據(jù)。
　　 本文采用理論研究和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合、以實(shí)驗(yàn)研究為主的方法,對粒子脈沖射流的破巖的過程和機(jī)理進(jìn)