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气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

气体钻井中下部钻具冲蚀失效研究

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作者：巴彬西南石油大学

学位级别：硕士

气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数... 详细信息

气体钻井具有钻速快、地层污染小、防止循环漏失等优点,但是由于地层出水及钻具磨损严重等问题,其在现场施工中的应用受到了限制。本文针对气体钻井中下部钻具常出现的冲蚀磨损问题,进行了研究探讨,通过冲蚀实验研究、冲蚀模型分析、数值计算模拟等方法总结分析了钻具的冲蚀规律,针对气体钻井中下部钻具的冲蚀失效问题开展了以下研究工作并得到了相应结论：(1)自主研发设计了一套可循环的冲蚀实验装置,该装置将加沙器和排砂分离装置整合为一体,实现了砂粒在冲蚀中的循环利用。在对试片的冲蚀规律进行了实验研究后得到了不同攻角时,试片表面的油漆在受到长时间冲蚀后的剥落规律。对试片冲蚀后的质量进行了测量统计,估算了所用钢材在实验中的冲蚀速率。(2)利用数值模拟软件建立了试片冲蚀的模型和井下钻具的模型,调整了冲蚀计算中的参数设置,在对试片冲蚀的模拟计算中得到了与实验中相近的结果。对井下钻具模型进行了观察分析,设计了模拟组次,对模型的网格进行了优化处理并根据现场实际工况设计了进出口条件和环境变量。(3)使用DPM模型对不同进出口条件下的环空流场和钻具冲蚀进行了计算,结果分析表明,冲蚀主要集中在钻杆接头位置,钻杆本体受到冲蚀的影响较小,冲蚀痕迹呈现螺旋上升的规律但是会受到不同入口条件的影响。进口速度(注气量)对环空内流场影响较大,也会直接影响冲蚀速率,而相同的入口速度下井底压力的变化对冲蚀速率影响不大。(4)通过对气体钻井中下部钻具的物理模型调整和环境变量设置,计算了不同工况时钻具的冲蚀速率,发现工况的改变对冲蚀速度和冲蚀分布影响很大。

关键词：气体钻井冲蚀环空流场 DPM模型冲蚀抑制

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