钻井机器人偏心流道冲蚀实验及数值模拟研究

作     者：肖晓华 代继樑 朱海燕 赵建国 XIAO Xiaohua;DAI Jiliang;ZHU Haiyan;ZHAO Jianguo

作者机构：西南石油大学网络与信息化中心四川成都610500 西南石油大学机电工程学院四川成都610500 油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学四川成都610059 

出 版 物：《西南石油大学学报（自然科学版）》 (Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition))

年 卷 期：2021年第43卷第2期

页      面：167-177页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0708[理学-地球物理学] 0815[工学-水利工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52004232,U19A2097,2018YFC0310200) 四川省科技计划资助(2019YFG0458,2021YJ0403)。 

主　　题：连续油管钻井 钻井机器人 流道设计 冲蚀 数值模拟 

摘      要：为解决大位移水平井连续油管钻井管柱屈曲的难题,提出了钻井液驱动的钻井机器人+动力钻具的连续油管钻井新方法。依据机器人外形尺寸、水力压耗、内部结构、加工制造等优化设计出了三段式偏心圆流道结构。提出了三段式偏心圆流道冲蚀分析方法,首先,建立了钻井机器人三段式偏心圆流道流固耦合冲蚀数值模型,分析了粒径参数、速度参数等对冲蚀速率的影响规律;其次,开展了钻井机器人偏心流道冲蚀实验,校准了钻井机器人三段式偏心圆流道流固耦合冲蚀数值模型;基于此进一步开展了钻井机器人三段式偏心圆流道数值仿真研究。研究表明,钻井机器人三段式偏心圆流道最佳倾角为5°,当流道壁厚5 mm时,偏心流道寿命超过300 h,满足一般井下工具的工作寿命要求;流道主要冲蚀点位置和冲蚀形态数值仿真与实验基本符合。研究为钻井机器人结构设计及工程化应用提供了理论依据,对促进连续油管钻井技术在大位移水平井的推广及应用具有重要的意义。