自进式多孔射流钻头的自进机理及自进力影响规律

在径向水平井技术中,自进式射流钻头既要完成破岩钻孔的任务,又要对高压软管产生一定的向前自进力,才能达到连续向前钻进的目的.为此,以流体力学理论为基础,分析了自进式多孔射流钻头的自进机理,即射流反推力作用和反向射流降压效应.通过实验方法得到了流量、射流钻头正反流量比、正向喷距和井筒直径等参数对自进力的影响规律.结果表明：自进力随着流量的增大而近似线性关系的增大,随着射流钻头的正反流量比的增大而近似线性关系的减小;随着正向喷距的变化,自进力基本不变;自进力随着井筒直径的增大呈先增大后减小的趋势,当井筒直径为36～49 mm时产生的自进力较大,当筒直径大于62 mm后自迸力已基本不变.在实验条件下,流量范围为0.71～0.99 L/s时,射流钻头正反流量比范围为1/6～2/3,正向喷距范围为10～50 mm,井筒直径为30～70 mm时,射流钻头所产生的自进力范围为51.1～228.1 N.该研究成果可为套管内转向径向水平井技术提供理论基础,还可为自进式多孔射流钻头结构设计提供依据.

自进式喷嘴仿真分析

多分支小井眼完井技术可以提高低渗油田的开发效率,最大化发挥油田的经济效益。自进式喷嘴作为多分支完井的核心部件,影响着多分支管线的破岩效率和钻进深度。文中建立了自进式喷嘴的三维模型,通过流体仿真软件,分析了喷嘴在前后喷孔不同配置情况下的破岩力及推进力,优选出推进力大、破岩力强的喷嘴配置,为提高多分支管线的破岩效率和钻进深度提供了理论基础。

自进式喷头自进力影响因素分析及参数优化

自进式喷头利用反向射流的推进作用实现喷头在径向井眼自进是径向水平井的关键技术之一,然而现有自进能力尚达不到工业预期。该文在多孔直射流喷头基础上,推导出以射流参数为变量的自进力公式,确定可以反映喷头自进力大小的自进系数k,基于CFD仿真技术,分析了系统参数对自进力的量化影响。此外,优选出了前向喷嘴射流喷头4+1布局结构,并以此为基础进行了最佳喷距的理论分析。研究结果表明:喷头自进力大小与射流压力、前后喷嘴直径及前后喷射角度相关;在相同射流压力下,当后喷嘴直径和前侧喷射角越大时,自进力越大;当前侧喷嘴直径和后喷射角越大时,自进力越小;且射流喷头自身的设计参数决定着喷头破岩的最佳喷距。该研究可为喷头优化设计和增强径向钻井的自进能力提供参考。

反喷牵引直旋混合射流钻头自进力的实验测试与数值分析

为探究径向侧钻微小井眼反喷牵引射流钻头自进力的主要影响因素,以反喷牵引直旋混合射流钻头的结构为基础,采用实验研究与数值模拟相结合的方法,研究了入口流量、井筒直径、正向喷距等因素对射流钻头自进力的影响规律。结果表明:反喷牵引直旋混合射流钻头的自进力大小受入口流量、井筒直径、实际正反流量比、返流强度等多种因素的综合影响;增大入口流量,增强射流钻头正、反向射流卷吸降压效果,有利于增大自进力;随着井筒直径的增加,反向射流的封隔效果减弱,返流干扰降低,自进力先增大后减小,并且在给定的流量下,存在获得最大自进力的井径范围。研究结果可为径向水平井射流钻头参数的优化设计与选取提供依据。

自进式喷嘴自进能力影响因素分析

超短半径径向水平井技术是一种提高油气采收率的有效手段,自进式喷嘴的性能是其关键技术之一。本文基于多孔射流喷嘴的结构及工作原理,对其动力和阻力两方面的理论进行了分析,并基于伯努利方程和牛顿定律等理论基础,建立了多孔喷嘴自进力计算模型,最后通过实例计算分析了流量、射流钻头正反流量比及喷嘴数目对自进力的影响规律,结果表明:射流钻头自进力随着流量的增大呈近似线性增大,随着正反流量比的增大而减小,随着正向喷嘴数目增大而减小,随着反向喷嘴数目增大而增大。研究结果对自进式喷嘴结构的优化设计有一定的指导意义。

煤层塌孔修复装置自进钻头关键参数研究

在松软煤层进行瓦斯抽采时,钻孔中经常出现塌孔、堵孔等现象,基于此,提出采用自进钻头修复失效钻孔的新方法。基于牛顿定律和伯努利方程等理论,建立了自进钻头自进力的计算模型,通过最大钻进距离试验,验证了运动方程。将修复装置应用于余吾煤矿N1100回风顺槽,试验结果表明:该装置能够满足煤层塌孔修复的工程需要,瓦斯抽采浓度和流量均明显提高,修复效果明显。

水力喷射径向水平井钻井关键技术研究

水力喷射径向水平井技术可在垂直井眼内沿径向钻出呈辐射状分布的一口或多口水平井眼,从而增大与储层的接触面积,建立高导流通道,是一种经济高效的油田挖潜和增产增注技术,其关键技术包括射流破岩钻孔能力、水力参数计算、射流钻头自进与井眼延伸能力、井眼轨迹测量与控制等。针对上述关键技术开展了深入系统的研究:分析了目前应用于径向水平井钻井的各类型射流钻头的基本原理,建立了射流破岩比能模型,通过对比分析认为旋转多孔射流钻头综合破岩效果最佳;建立了径向水平井喷射钻进系统压耗计算模型,对比分析了不同直径连续油管的循环压耗,分析了相关参数对系统压耗的影响规律,为水力参数设计提供了依据;建立了旋转多孔射流钻头自进力计算模型与径向水平井延伸极限计算模型,对比了不同作业条件下径向水平井的延伸极限,为装备优选和径向井眼设计提供了依据;探讨了微机电惯性元件测量径向井眼轨迹的方法原理,为径向井眼轨迹测量提供了一种可行的方法。该研究成果可为形成水力喷射径向水平井技术体系与推广应用奠定基础。

水力喷射侧钻径向水平井眼延伸能力

径向水平井钻井技术的一个主要指标是水平井眼的延伸长度。根据水力喷射侧钻径向水平井技术的特点,基于流体力学、计算流体力学及射流动力学等理论,对射流钻头自进力进行了理论分析,建立了径向水平井眼极限延伸长度的计算模型,分析了摩擦因数、后向孔眼个数、后向孔眼直径、后向孔眼扩散角和流量等参数对径向水平井眼极限延伸长度的影响。结果表明:改变系统的后向孔眼个数、后向孔眼直径和流量,可以使径向水平井的极限延伸长度发生明显改变;改变后向孔眼扩散角,只能在一定范围内改变径向水平井的极限延伸长度。所建立的模型和得出的规律可以为径向水平井的施工设计及射流钻头结构优化等提供理论指导。

自进式旋转射流钻进系统数学模型及仿真

通过水射流反冲力的计算,推导出自进式旋转射流自进力的表达式。建立了自进式旋转射流钻进系统的数学建模,分析了射流压力、前后喷嘴的直径与后喷嘴个数等对自进力的影响。得出了自进式旋转射流喷头的运动方程,并从流量、后喷嘴个数与喷嘴收缩角对钻进的影响进行了仿真分析,得到了相关参数对钻进系统的影响规律。这些规律可以作为提高系统性能的依据,有一定的参考价值。