泵注反循环岩屑粒径对最低排量的影响实验

介绍了泵注反循环钻井的基本原理和特点。利用泵注反循环岩屑运移模拟实验装置,以清水为循环介质,对6种不同粒径的岩屑上返所需要的最低排量(流速)进行了实验。探讨了最低排量和循环压耗随岩屑粒径的变化规律。实验结果表明:岩屑上返的最低排量和循环压耗随岩屑粒径的增大呈现非线性的增加,当岩屑粒径超过4.75mm后,循环压耗的增幅加大;岩屑在水平段运移所需的最低排量小于在弯曲段和直井段运移所需的最低排量。实验结果为泵注反循环钻井方法的应用和水力参数的优化提供了依据。

考虑粒径分布的深水环空岩屑浓度研究及应用

深水低温对钻井液性能影响显著,其黏度和切力的改变使深水携岩与常规陆上钻井不同。由于温度降低带来钻井液性能的改变对不同粒径岩屑上返速度的影响程度不同,因此在深水携岩研究中,考虑岩屑粒径分布是必要的。分析了温度变化对钻井液影响,建立了考虑岩屑粒径大小及粒径分布、机械钻速及钻井循环时间等影响因素的深水钻井分岩屑粒径的环空浓度计算新模型,从而获得了深水钻井中全井及井眼各段环空内岩屑浓度大小及其浓度随循环时间变化的分布与变化规律;并在现场深水钻井岩屑浓度的分析计算中,取得了良好的应用效果。

不同粒径岩屑抗剪性能及水孔填塞效果研究

针对云南华联锌铟股份有限公司矿山采矿大孔径露天台阶深孔爆破中的水孔填塞质量及冲孔问题,通过炮孔填塞基础理论、岩屑颗粒抗剪性能基础力学实验、矿山生产现场爆破漏斗实验等方法,对矿山大理岩岩屑颗粒粒径对填塞体的力学性能和填塞质量影响开展了一系列研究,分别构建了爆破漏斗体积及爆破漏斗半径随填塞料粒径大小数学表达式。研究结果表明:粒径大于0.5 mm的牙轮钻岩屑颗粒占比较高区域集中在岩屑堆短边0.2~0.7 m、长边0.2~1.2 m范围内;水孔填塞效果判定的主要力学参数为岩屑颗粒抗剪性能,随着岩屑颗粒粒径的增加内摩擦角呈现增大趋势,黏聚力则明显下降,可认为是无黏性颗粒堆积体;爆破漏斗体积及半径随粒径增长呈现指数的先增长后稳定的变化趋势,最佳填塞料粒径区间为1~3 mm。经现场生产实验,冲孔率由27%降低至4.6%,大块率下降了8%,故一定粒径范围的岩屑颗粒能很好地解决露天水孔填塞爆破效果问题。该研究结果不仅对水孔填塞理论进行了补充和完善,还为水孔填塞技术设计提供了依据。

岩屑组成对高位滑坡-碎屑流运动特性影响离散元模拟研究

采用三维颗粒离散元模拟方法,对4种由不同粒径碎屑颗粒组成的岩屑滑坡运动过程进行全程数值模拟,研究了碎屑粒径组成对于岩石碎屑滑坡的运动特性影响。结果表明:碎屑颗粒粒径组成对岩石碎屑滑坡的运动总时间和达到速度最大值的时刻没有影响;物源碎屑粒径的组成对滑坡运动速度、破坏力和滑动距离影响大。粒径组成越不均匀,滑坡运动速度和破坏力越大,滑动距离也越远;碎屑流物源前缘部分是滑坡-碎屑流灾害影响范围大小的控制性因素。成果可为岩石碎屑滑坡灾害的预测和评估提供参考。

多弹重复爆炸下侵彻通道内碎屑运移特性研究

为了增加钻地武器的侵彻深度,提出一种"串联式"多弹连续爆炸作用方式。在单发弹静爆试验的基础上,拟合出多弹爆炸的周期性爆炸荷载曲线。通过FLUENT软件与EDEM软件耦合数值模拟可知,侵彻通道深度1 m时周期性爆炸荷载作用下碎屑的运移能力得到增强,同时进一步研究了介质碎屑运移特性的影响因素。仿真结果表明:介质碎屑的运移能力与爆炸荷载峰值成正比,与碎屑粒径及弹体偏离钻地通道轴线距离成反比。

页岩气水平井岩屑沉降规律仿真

现有针对岩屑运移的研究都是提取环空中某个位置的岩屑体积分数、岩屑速度及岩屑床厚度等,由于井筒岩屑不是均匀分布,不同截面提取结果差异较大,导致分析的准确性较低。为此,考虑环空底部井筒不同位置的岩屑量,基于欧拉液固两相流模型和SST k-ω模型,建立了三维井眼环空岩屑运移模型,在分析岩屑体积分数和岩屑速度的基础上,通过Fluent软件分析整个环空中岩屑质量,提出了环空内含有岩屑质量的量化方法,分析了幂律流体中钻杆转速、环空返速、岩屑粒径、机械钻速及偏心度等对环空内沉降的岩屑量的影响。分析结果表明:环空内的岩屑大部分位于低速区,少部分位于高速区,造成岩屑难以运移,钻杆转动比钻杆静止时环空内沉降的岩屑量要少;利用提高钻杆转速、减小岩屑粒径、增大钻井液排量及减小机械钻速等手段,可以有效减少环空内沉降的岩屑质量;同时通过减小钻杆偏心度可以增大环空上部高速区面积,减少岩屑的沉积。所得结论对水平井和大位移井环空内井筒清洁和高效作业具有指导意义。

岩屑分形特征对PDC齿破岩性能影响规律研究

随着油气井钻井工程研究的不断深入,岩屑形貌特征已成为评测岩石可钻性级值与钻头破岩效率的关键考量因素之一。为探究岩屑形貌分形特征对钻头破岩效率的影响规律,结合理论建模和室内试验等研究方法,围绕岩屑粒径分形维数、岩屑最大粒径、地层岩性系数等关键岩屑形貌描述参数,建立了基于岩屑粒径分形特征的PDC齿破岩比功评估模型,并针对常规齿和锥形齿等PDC齿开展破碎硬质花岗岩试验研究,验证该模型评估PDC齿破岩性能的预测精度。利用该理论模型和试验规律,进一步揭示常规齿和锥形齿等类型PDC齿不同出刃高度、布齿角度等破岩工艺参数下岩屑形貌生成特征及破岩能耗变化规律。研究结果发现:切削深度对PDC齿破岩性能影响效果远大于切削角度,随着地层埋深的增大,PDC齿吃入深度减小,PDC齿生成岩屑分形维数逐渐增大,最大岩屑粒径显著减小,且锥形齿生成岩屑平均粒径大于常规齿;同等钻压或破岩能量条件下,锥形齿脆性破碎能力强于常规齿,生成岩屑分形维数和最大粒径均大于常规齿。研究结果可为深层硬岩钻进过程中岩屑录井形貌数据和PDC钻头混合布齿工艺提供理论依据。

基于FLUENT-EDEM耦合的爆炸抛掷特性研究

为了研究弹丸起爆后岩土碎屑的抛掷特性,针对爆炸后侵彻通道内复杂的气固两相流动问题,提出了一种FLUENT软件与EDEM软件联合的数值模拟方案,分析了不同深径比条件下钻地通道内介质碎屑的抛掷过程。进一步研究了介质碎屑运移特性的影响因素。结果表明:介质碎屑的运移能力与爆炸荷载峰值成正比,与钻地通道深径比及碎屑粒径成反比。

钻井液防泥包性能室内动态评价实验方法

钻具泥包一直是影响钻井速度和困扰工程技术人员的问题。选取怀俄明州天然的钠基膨润土块HOLEPLUG作为实验用模拟钻屑,利用自制的钢棒和老化罐的滚动模拟井下钻进状况,通过对模拟钻屑的粒径、质量以及热滚时间和基浆组成等参数的筛选,建立了动态评价钻井液防泥包性能的室内实验方法。评价实验确定的模拟钻屑粒径为6~10目、质量为25 g,热滚时间为15 min,基浆组成为3%海水膨润土浆+0.2%NaOH+0.2%Na_2CO_3+0.3%护胶剂+0.5%提切剂。进行了3组平行实验,3组数据相对平均偏差仅为2.45%,说明本文实验方法具有较好的可重复性。选取4种海上常用钻井液体系进行了室内动态评价实验,实验结果与现场反馈情况相同,说明本文实验方法具有很好的准确性,可为有关科研和钻井生产提供可靠依据。

潜孔钻机钻孔岩屑颗粒分布与分形特性研究

为研究潜孔钻机打孔作业上返岩屑分布特性,对钻机打孔产生的碎石颗粒进行了筛分、测定和分析。运用Rosin-Rammler(R-R)和Gaudin-Schuhmann(G-S)分布模型对试验数据进行拟合对比。结果表明:岩屑粒径分级两端占比较大,<0.074 mm粉尘与>5 mm粗颗粒含量分别占23.5%和25.9%。钻孔产生的岩屑粒径符合R-R和G-S模型分布规律,分布指数m_(R-R)=0.398,m_(G-S)=0.232,岩屑颗粒尺寸分级跨度较大。采用分形理论进一步研究岩屑分布特征,分段拟合发现,钻孔岩屑呈现双分形特性,粗颗粒区分形特性更好,分形维数在2.451~2.800之间,岩屑颗粒表现出高分散性。该研究对于穿孔破岩机理分析、设备性能评价和调试参数优化具有一定的参考价值。