氣體鉆井鉆具疲勞破壞機(jī)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(chǎng),保護(hù)儲(chǔ)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(diǎn)和重點(diǎn),氣體鉆井的優(yōu)勢(shì)就在于能夠保護(hù)儲(chǔ)層、提高鉆井速度,因此,氣體鉆井技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,但是在氣體鉆井過(guò)程中,鉆具疲勞破壞已嚴(yán)重影響著氣體鉆井施工進(jìn)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(kuò)展等力學(xué)分析,深入地剖析了氣體鉆井鉆具疲勞破壞機(jī)理,并以此為基礎(chǔ),進(jìn)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(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)中應(yīng)力波分析的普遍方法,分析了氣體鉆井時(shí)應(yīng)力波在鉆柱中的產(chǎn)生、傳遞過(guò)程及其對(duì)鉆柱疲勞破壞的影響:氣體鉆井鉆頭與地層相互作時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波動(dòng)大,跳鉆發(fā)生頻繁,而在強(qiáng)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(dǎo)致了鉆柱易在間斷面處發(fā)生過(guò)早的疲勞破壞。分析了氣體鉆井鉆具裂紋擴(kuò)展過(guò)程、裂紋擴(kuò)展應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)及應(yīng)力波對(duì)鉆具

3、裂紋擴(kuò)展的影響,分析表明:氣體鉆井時(shí),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(dòng)、氣體沖蝕等因素影響,裂紋擴(kuò)展速率增加,導(dǎo)致鉆具裂斷。綜合氣體鉆井鉆柱動(dòng)力學(xué)、鉆柱應(yīng)力波傳遞及裂紋擴(kuò)展分析成果,建立了基于氣體鉆井的鉆柱裂紋擴(kuò)展壽命模型,該模型首次考慮了應(yīng)力波對(duì)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(kuò)展壽命規(guī)律,為氣體鉆井鉆柱疲勞壽命的預(yù)測(cè)提供了理論依據(jù)和分析方法,為氣體鉆井過(guò)程中鉆具安全管理提供了依據(jù)。

4、通過(guò)川東北地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)力學(xué)模型,并采用計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值求解,鉆柱動(dòng)力學(xué)分析及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明:由于氣體的阻尼作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鉆井液,鉆柱與井壁之間的接觸碰撞相對(duì)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(jī)率。根據(jù)氣體鉆井的特點(diǎn),設(shè)計(jì)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(dòng),減小鉆具疲