高溫地?zé)峋垒嗐@頭掉齒機(jī)理研究

【摘要】：隨著國(guó)際能源儲(chǔ)備的不斷消耗,可持續(xù)無(wú)污染的高溫地?zé)崮馨l(fā)展迅速,對(duì)于開采高溫地?zé)崮艿募夹g(shù)要求在逐步提高。高溫地?zé)峋拈_采有別于常規(guī)油氣,其地質(zhì)環(huán)境較為惡劣,多火成巖等耐磨巖層,地層漏失嚴(yán)重,井底溫度達(dá)到200℃以上,從而導(dǎo)致三牙輪鉆頭掉齒現(xiàn)象非常嚴(yán)重,嚴(yán)重影響了鉆井效率。 高溫地?zé)峋谐霈F(xiàn)的鉆頭掉齒問題,其機(jī)理與普通油氣鉆井鉆頭明顯不同。通常用以檢驗(yàn)牙輪固齒強(qiáng)度的軸力壓出法不僅不能滿足高溫環(huán)境下牙齒鑲固強(qiáng)度評(píng)價(jià)的需要,也不能滿足掉齒機(jī)理研究的需要。為此本文從理論分析基礎(chǔ)上提出了新的牙齒鑲固能力實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法,并用這種方法開展了模擬高溫環(huán)境的固齒能力檢測(cè)實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,對(duì)高溫地?zé)峋垒嗐@頭掉齒現(xiàn)象的機(jī)理有了新的認(rèn)識(shí)。 主要研究工作包括： (1)針對(duì)高溫地?zé)峋?dú)特鉆井工藝分析常規(guī)固齒技術(shù)應(yīng)用于高溫地?zé)峋垒喼械牟蛔?開展高溫地?zé)峋垒喌酏X原因分析； (2)對(duì)牙齒鑲固強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算,其中包括防止牙齒脫落的理論分析、孔壁應(yīng)力分析和孔口應(yīng)力分析,完成各因素影響的有限元仿真分析； (3)開展了高溫條件下鑲固牙輪牙輪鉆頭牙齒固齒能力實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法研究,設(shè)計(jì)了高溫地?zé)峋垒嗐@頭牙齒鑲固實(shí)驗(yàn),開展溫度、過(guò)盈量、牙齒直徑、齒距等因素對(duì)牙齒鑲固強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究,.尋找各因素對(duì)牙齒鑲固強(qiáng)度的影響規(guī)律； (4)結(jié)合理論分析與實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)高溫地?zé)峋垒嗐@頭掉齒原因,建立系統(tǒng)的牙輪鉆頭牙齒鑲固強(qiáng)度分析方法,并給出高溫地?zé)峋垒嗐@頭牙齒鑲固方法及建議。 研究表明肯尼亞高溫地?zé)峋垒嗐@頭掉齒主要原因?yàn)椋? (1)牙輪鉆頭長(zhǎng)時(shí)間工作于高溫環(huán)境下會(huì)導(dǎo)致牙輪殼體材料強(qiáng)度； (2)高溫會(huì)導(dǎo)致牙齒與殼體間因熱膨脹系數(shù)的差異而降低有效過(guò)盈量,使緊固力下降； (3)地層漏失嚴(yán)重,循環(huán)介質(zhì)的井眼凈化作用不佳,導(dǎo)致井底沉砂嚴(yán)重,造成牙輪被埋,鉆頭表面無(wú)法得到冷卻,也增加了巖屑對(duì)牙輪殼體的磨損； (4)地層均質(zhì)性差導(dǎo)致鉆牙輪牙齒的動(dòng)載荷增加,在一定程度上促成了掉齒現(xiàn)象的發(fā)生。 【關(guān)鍵詞】：地?zé)徙@井 牙輪鉆頭 牙齒 過(guò)盈配合 掉齒
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P634.41;P314
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-13
• 1.1 研究背景及意義7-8
• 1.2 高溫地?zé)峋@頭技術(shù)研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 高溫地?zé)峋夹g(shù)8-10
• 1.2.2 牙輪固齒技術(shù)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.3 高溫地?zé)峋垒嗐@頭存在的問題11
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容11-13
• 第2章 高溫地?zé)峋垒嗐@頭掉齒原因分析13-20
• 2.1 溫度的影響13-16
• 2.1.1 溫度導(dǎo)致塑變的影響13-15
• 2.1.2 溫度對(duì)過(guò)盈量的影響15
• 2.1.3 溫度對(duì)材料強(qiáng)度的影響15-16
• 2.1.4 溫度對(duì)孔底空氣的影響16
• 2.2 井底沉砂的影響16-17
• 2.2.1 泥漿液漏失導(dǎo)致井底沉砂16-17
• 2.2.2 高溫下圍巖坍塌導(dǎo)致井底沉砂17
• 2.3 穩(wěn)定器的影響17-18
• 2.4 掉齒原因總結(jié)18-20
• 第3章 牙齒鑲固強(qiáng)度理論分析及有限元數(shù)值模擬20-46
• 3.1 牙齒鑲固強(qiáng)度計(jì)算分析20-24
• 3.1.1 防止牙齒脫落的理論分析20-21
• 3.1.2 孔壁應(yīng)力分析21-23
• 3.1.3 孔口壓力計(jì)算23-24
• 3.2 溫度對(duì)緊固力影響的理論計(jì)算24-25
• 3.3 孔底空氣對(duì)緊固力影響的理論計(jì)算25-27
• 3.4 牙齒緊固力有限元數(shù)值模擬27-46
• 3.4.1 過(guò)盈量對(duì)緊固力影響有限元仿真29-31
• 3.4.2 齒徑對(duì)緊固力的影響有限元仿真31-35
• 3.4.3 埋齒深度對(duì)緊固力的影響有限元仿真35-36
• 3.4.4 齒孔距影響有限元數(shù)值模擬36-41
• 3.4.5 橫向加載條件對(duì)緊固力的影響有限元仿真41-46
• 第4章 牙齒鑲固強(qiáng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)46-78
• 4.1 牙齒鑲固強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法與內(nèi)容46-51
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>46
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容46-47
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)方法47-51
• 4.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與過(guò)程51-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)加工51-53
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)規(guī)劃53-55
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程55-62
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析62-78
• 4.3.1 硬度實(shí)驗(yàn)62-63
• 4.3.2 高溫壓縮實(shí)驗(yàn)63-64
• 4.3.3 緊固力測(cè)試實(shí)驗(yàn)64-71
• 4.3.4 齒距實(shí)驗(yàn)71-72
• 4.3.5 橫向加載條件下齒孔變形測(cè)試實(shí)驗(yàn)72-76
• 4.3.6 小結(jié)76-78
• 第5章 總結(jié)78-80
• 5.1 主要研究成果78
• 5.2 課題主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)78-79
• 5.3 存在的問題及下一步工作79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果84

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