结构参数对气体钻井防沉屑工具性能的影响

针对气体钻井岩屑易沉积的问题,研制一种具有分流继能功能的防沉屑工具。利用计算流体动力学(CFD)技术研究分流喷孔结构参数(开孔斜度、开孔方位、喷孔线型)对防沉屑工具吹扫和推举性能的影响。结果表明:随开孔斜度和开孔方位增大,轴向射流动能急剧减小,切向射流动能缓慢增大;开孔方位增大,径向射流动能降低;流线型喷孔与直线型和曲直型喷孔相比,其射流动能损耗最小,轴向、径向和切向射流动能均最高;改变喷孔结构参数可以有侧重地增强防沉屑工具的径向、切向吹扫能力和轴向推举能力,以适用于造斜段、水平段及深部直井段的气体钻进施工。

气体钻井防沉屑工具分流继能机理与可行性研究

气体钻井机械钻速快,能有效防止水敏性泥页岩坍塌,减少井漏。然而,气体钻井易形成岩屑沉积,钻进中易发生卡钻等井下复杂情况和事故。为提高沿程环空流体对岩屑的推举能力,介绍了一种具有分流继能作用的防沉屑工具。阐述了其机理,对不同开孔尺寸防沉屑工具分流量和分流流体动能进行了数值模拟,推荐了计算井眼条件下的开孔尺寸,并分析了工具结构的安全性。计算分析表明,防沉屑工具具有分流继能功能,可有效提高对岩屑的推举能力,工艺适应性强;合理的结构设计可确保其工作的安全性,可用于中深直井、水平井空气钻井中。

气体钻井防沉屑工具结构安全性分析

使用有限元软件研究了气体钻井防沉屑工具结构因素(喷孔角度、喷孔直径、喷孔距端面距离、工具壁厚)和工作载荷(扭矩和轴向力)对防沉屑工具结构安全性的影响。研究结果表明:(1)气体钻井防沉屑工具的工作安全性较高,可用于气体钻井施工;(2)孔径和工具壁厚对工具应力影响大,喷孔距端面距离次之,喷孔与轴线夹角影响最小;在设计和使用防沉屑工具时,为兼顾携岩性能和结构安全性,孔径不应太大,工具壁厚应适当增大,孔开在防沉屑工具中间部位;(3)防沉屑工具上使用减阻吸振套,可有效降低工具与井壁的碰撞强度和动载系数,还可降低工具的实际应力。