大直径引射器式反循环钻头结构设计及数值模拟

针对油气勘探开发特点的要求,将贯通式潜孔锤反循环钻井技术应用于大直径井眼段、复杂地层深井段的油气勘探开发领域,并根据多喷嘴引射器原理,设计一种外径为660 mm的新型大直径引射器式反循环钻头,并进行计算流体动力学(CFD)分析以及野外钻井试验。研究结果表明:该新型大直径反循环钻头结构设计合理,所形成的一、二级引射结构均对反循环形成效果和抽吸能力有良好促进作用,最高钻进效率可达6.0 m/h,平均钻进效率为4.5 m/h,并将井底破碎下的不同颗粒粒度的岩渣屑及地层流体抽吸进入钻头内部形成稳定反循环携带至地表,孔底无沉渣,并且外环间隙无岩渣屑泄漏现象。     

潜孔锤反循环钻头二级引射装置结构参数研究

二级引射装置能够有效提高贯通式潜孔锤钻进技术的反循环效果。为确定其结构参数,借助计算流体动力学(CFD)数值模拟,研究二级引射孔直径d、中心孔直径D、引射孔角度θ和引射孔距反循环钻头底面距离h等4个结构参数对钻头引射系数n的影响,并利用试验方法对CFD计算结果进行验证。结果表明:随二级引射装置结构参数d、D、θ和h的改变,反循环效果发生不同程度变化,且存在某一结构参数组合使反循环效果达到最佳,综合考虑4个参数的影响效果,确定d=11 mm、D=44 mm、θ=30°和h=180 mm为比较合理的结构参数;试验结果与数值模拟结果基本吻合,CFD数值模拟可用于确定结构参数。     

基于引射原理的侧吸式反循环钻头结构参数数值研究

为进一步提高潜孔锤反循环连续取样钻进时反循环取样效果,减少环空岩粉(岩样)漏失,创新地设计出具有引射器结构的侧吸式反循环钻头,并在试验与计算流体动力学(CFD)数值模拟的基础上通过对钻头喷嘴与接受段入口的距离LNT、喷嘴直径DN、底喷孔直径DT、扩压槽深度LD 4个关键参数对环空气体泄漏量影响规律进行研究,探讨引射原理在提高钻头反循环能力上的可行性及其效果,同时为优化设计提供理论依据。研究结果表明:将引射原理引入到反循环钻头中用于降低环空泄漏,提高反循环效果是完全可行的,且效果明显要好于传统的国内传统反循环钻头的效果好;另外,侧吸式反循环钻头的反循环效果受LNT,DN,DT和LD影响明显,且总存在最优结构参数使其反循环效果达到最佳;对于直径为108 mm的侧吸式反循环钻头,LNT=-10 mm,DN=5 mm,DT=14 mm,LD=40 mm是比较理想的参数组合。     

可切换式反循环潜孔锤钻头设计及优化

针对现有气动贯通式潜孔(DTH)锤反循环钻探技术在推广应用过程中遇到的岩矿心(样)丢失、卡钻埋钻事故时有发生等问题,提出一种可切换式反循环潜孔锤钻头的新结构,该结构在正常碎岩钻进和"强吹孔"时,可以通过花键套的辅助配合,从而实现反循环原理上的切换。与此同时,采用正交试验设计的方法,运用计算流体动力学(CFD)分析技术对该钻头中备用内喷孔的6个主要结构参数进行优化设计。研究结果表明:备用内喷孔个数(N)对钻头的反循环效果影响最大,其次依次是备用内喷孔直径(D)、倾角(Θ_s)、备用内喷孔与常开内喷孔间距(L)、水平偏角(Θ_d),而备用内喷孔距孔底高度(H)对钻头的反循环效果影响最小。当N=2,D=5 mm,Θ_s=30°,Θ_d=10°,L=0 mm,H=230 mm时,钻头备用内喷孔结构参数组合最优。     

风动潜孔锤反循环钻井最小注气量模型

根据风动潜孔锤反循环钻进技术的特点,借鉴最小动能法推导出风动潜孔锤反循环钻井满足携屑能力的最小注气量和中心通道内最低井底压力,二者耦合得出风动潜孔锤反循环钻井最小注气量模型,结合GQ-320型潜孔锤工程算例,计算出不同机械钻速下最小注气量,并将模型计算结果与现场实测气量值进行比较。结果表明:在地层条件完整或漏失不严重的情况下,风动潜孔锤反循环钻井最小注气量计算值与现场实测值吻合较好;实例井上返岩屑的速度分析与现场未洗井情况一致,验证了模型的可靠性。     

复杂地层用反循环钻头双排内喷孔结构优化与试验

采用正交试验和计算流体动力学相结合的方法,对矿山多层空区钻探用150 mm反循环钻头双排内喷孔的4个结构参数进行优化分析,分析结构参数变化对钻头抽吸量Q的影响规律,并最终得出这4个结构参数的主次排序依次为:倾角(θs)、水平偏角(θd)、垂直间距(L)、水平间距(S).最优参数组合为:θs=30°,θd=10°,L=-15 mm和S=10 mm.与此同时,将最优参数组合下的150 mm反循环钻头进行多层空区探测孔钻进试验.从钻进试验效果看,穿过第一层空区继续实现反循环钻进,钻头依然能够形成良好的反循环抽吸效果,并且连续不断排出大颗粒岩块,解决矿山多层空区钻探及测量难题.     

贯通式气动潜孔锤反循环连续取样钻头的改进与优化

针对栾川钼矿复杂地层勘探中所遇到的反循环形成难和形成不彻底的状况,提出了贯通式反循环取样钻头的改进方案,并且进行了现场试验。试验表明,改进后的钻头具有反循环效率高,钻进速度快,岩矿心采取率达99%以上的特点。     

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题,需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此,在常规气举反循环钻井技术的基础上,设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺,新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具,具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数,控制井底压力,减少钻井漏失。在多相流理论基础上,建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型,分析了关键施工参数对井底压力的影响规律,建立了关键参数设计方法,在安全窗口范围内优选关键施工参数,保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大,存在临界注气量;井底压力随井深增大而增大;井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验,与同井段井漏地层相比,较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。     

反循环回转钻造砼防渗墙在土坝除险加固中的应用

反循环回转钻造砼防渗墙因其采用合佥钻头旋转式入岩,钻进力度大,钻进速度快,对强、弱风化基岩有较强的穿？透力,其入岩效果较好。因其可满足不同地层的钻进要求,故在基础施工中已被广泛采用。本文以潭口水库大坝除除加固工程为实例,介绍了反循环回转钻造砼防渗墙在土坝加固中的应用。     

钻孔灌注桩反循环施工的应用

随着国家基本建设投入的增大以及高层建筑的发展,钻孔灌注桩现在被广泛地应用于高层建筑、公路桥梁等工程的基础工程。但目前钻孔灌注桩仍大量使用较为落后的正循环钻进、正循环清孔成孔工艺,本文的主旨是介绍反循环成孔工艺的运用及反循环对工程质量以及经济效率带来的影响。     

小口径水力双循环双壁钻具设计与应用

针对矿山坑道钻探中遇到松散、裂隙、节理发育的岩层或溶洞以及不含水的砂砾、卵石、漂石层时冲洗液大量漏失的问题,设计一套适用于坑道钻探的小口径水力双循环双壁钻具,拟解决坑道钻探中冲洗液漏失等问题。钻具中冲洗液从弯管进入内外管之间的环状通道到达孔底钻头处,20%冲洗液进入外管与孔壁之间的环状通道,起润滑孔壁、冷却钻头的作用;80%冲洗液进入内管,携带岩心返出孔外,减少冲洗液与地层接触量,从而改善冲洗液漏失问题。现场试验结果显示:岩心正常返出孔外,从钻具内管返出的冲洗液量约占泵送的总冲洗液量的80%。该套水力双循环双壁钻具能够解决坑道钻探中冲洗液漏失的问题,保证连续取芯的顺利进行。     

考虑渗流-应力耦合作用的层状盐岩界面裂缝扩展模型研究

针对中国地下油气储库建设中所出现的含夹层盐岩问题,基于黏结裂缝模型,构建一种可以考虑层状盐岩地层界面启裂、裂隙扩展和流体渗漏的黏结单元,导出地层界面损伤演化方程、裂隙扩展准则以及缝内流体流动方程,建立考虑渗流-应力耦合作用的层状盐岩界面裂缝扩展模型,通过典型算例验证模型的有效性。研究层状盐岩地层界面启裂与裂隙扩展过程。研究结果表明:地层的渗透性和裂缝面漏失系数对地层界面裂隙扩展有明显影响,地层渗透性系数越小,地层开裂程度越大;而裂缝面漏失系数越大,地层开裂程度越弱,但流体渗漏程度加大。     

反循环压井方法

反循环压井方法过去在修井井控中使用较多,它具有排除溢流时问短、地面泥浆增量少,以及套压低等优点,因此必要时在完井或钻井井控中心也可以考虑使用.本文介绍了反循环压井法的工艺要求,给出了包括流动阻力影响的立压与套压计算方法,并用计算实例对这种方法与普通司钻法及工程师法进行了对比分析。     

气举反循环技术在石油钻井中的适应性分析

气举反循环技术已广泛应用于地热、水井、地质勘探等领域,表现出了良好的防漏效果。将气举反循环技术应用到石油钻井中,可有效降低浅表易漏地层的漏失风险,实现钻井提速提效的目的。从设备配套与工艺流程角度评价了气举反循环技术与石油钻井技术的差异性,优化了配套设备,设计了正反循环切换系统;并开展了现场试验。试验结果验证了该技术在石油钻井领域的适用性,为气举反循环技术在石油钻井中的推广应用奠定基础。     

引射混合式加热器运用于火电厂的实验研究

为解决目前火力发电厂中低压加热器存在的问题,设计了一种能够用于火电厂的两级引射混合式低压加热器,并用实验方法研究了该加热器的加热性能,分析了工作流体压力、引射流体压力和进水温度对其引射系数、出口温升以及加热效率的影响,并对单级引射和两级引射两种结构形式的加热能力进行了对比.结果表明,在定蒸汽压力的条件下,工作流体压力越高,引射系数越小,出口水温降低,加热效率升高;当进水温度较低时,引射系数较大,加热效率较高;并且两级引射的加热效果明显优于单级引射,平均温升提高20%以上,加热效率高达99%,其加热性能优于传统的间壁式低压加热器,可望在火力发电厂混合式低压加热器中应用.     

深孔钻探金刚石钻头技术研究

金刚石钻头在深孔钻探的应用中不仅降低了钻探的成本,同时也提高了深孔钻探的效率。金刚石钻头具有高效率、使用寿命长的工程效果。它具有两种结构形式:单水口和双水口高胎体的金刚石钻头,解决了强研和弱研磨性地层中钻头的使用寿命过短的问题,而且得到了较好的结果。     

液液引射器性能的数值模拟与实验

建立了液液引射器的三维数学模型,采用R134a制冷剂作为工质,模拟引射器主要结构参数与引射性能之间的变化关系.模拟结果表明:引射系数随喷嘴出口直径的减小而急剧增大,随混合室直径的增大而增大,随喷嘴与混合室之间距离的增大急剧下降;引射系数随着工作流体流量、喷嘴长度和扩散室长度的增大而缓慢上升;混合室长度对混合流体的压力场有较大影响,为使混合流体获得最佳的压力场,混合室最佳长度取45 mm.搭建了水平管降膜式空气源冷热水测试机组,试验结果表明:该引射器具有优良的引射性能;制冷系统负荷随着循环喷淋量的增加而增大,系统的性能系数随着循环喷淋量的增大呈现先增后减的趋势.     

偏心距引射喷管气动性能研究

基于流固热耦合理论,采用标准k-ε湍流模型,通过对Navier-Stokes方程和三维热传导方程联合进行求解。对偏心距引射喷管与传统引射喷管进行了数值模拟,得到了较为精确的流场特性,为后期偏心距引射喷管的红外特性计算提供必要的依据。在数值计算中对于固体域、流体域均采用结构化网格,并在两者边界面上采用耦合方法。对偏心距引射喷管的抽吸特性、推力特性以及最佳偏心距等喷管性能分别进行了深入研究,得出了偏心距引射喷管较传统引射喷管具有泵抽能力强的结论。得到了抽吸能力最强且推力损失较小的最佳偏心距引射喷管,其工程应用前景广泛。     

射孔完井水平井筒变质量湍流压降规律研究

运用拟三维原理 ,提出了用于计算地层刚性渗流、弹性不稳定渗流与水平井筒内变质量湍流耦合的新方法 ,解决了在井筒变质量流体流动模拟过程中井筒边界条件难以确定、地层线性渗流与井筒内非线性湍流难以耦合的问题。同时 ,对不同射孔方式和生产制度下流体水动力学进行了分析 ,研究了射孔入流与水平井筒内流体的相互作用关系及变质量主流体的流动特性。模拟结果表明 ,与圆管湍流相比 ,井筒内变质量流具有更大的压降系数 ,且主流中心速度降低 ,速度剖面呈现内凹形式 ,水平井射孔设计应该利用井筒内流体与渗流的耦合模拟进行优化。     

烃碱流体对三塘湖盆地马朗凹陷石炭系火山岩储集层的改造作用

三塘湖盆地马朗凹陷石炭系火山岩储集层以基性、中性熔岩为主,储集空间有3种类型,可分为原生孔隙、次生孔隙和裂隙。烃碱流体对火山岩储集层的改造作用主要反映在次生孔隙带的形成、发育程度上。这取决于烃碱流体碱交代作用引起物质的带入与带出的比例。目前研究区镜下鉴定结果表明火山岩次生孔隙大量发育,其中碱交代蚀变、溶蚀使孔渗增加,表明烃碱流体对马朗凹陷深部地层作用的广泛性。次生孔隙连通成次生孔隙带,原生孔隙通过裂缝和次生孔隙带连通构成了良好的油气运移通道和储集空间。