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基于离散元法的砾岩地层三棱齿切削破岩数值模拟

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特种油气藏 2022年第4期29卷 149-155页

作者：刘笑傲邹德永王庆刘洪山黄勇陈雅辉中国石油大学(华东) 山东青岛266580 中国石油工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油青海油田分公司青海海西816499 中国石化重庆页岩气有限公司重庆408400

三棱齿因具有强抗冲击性与高耐磨性,可提高PDC钻头在砾岩地层中破岩效率及寿命,但在砾岩地层中的破岩机理及破岩效果不明确,导致砾岩地层中三棱齿PDC钻头设计缺乏理论依据。针对上述问题,基于离散元法建立了三棱齿切削破碎砾岩的数值仿... 详细信息

三棱齿因具有强抗冲击性与高耐磨性,可提高PDC钻头在砾岩地层中破岩效率及寿命,但在砾岩地层中的破岩机理及破岩效果不明确,导致砾岩地层中三棱齿PDC钻头设计缺乏理论依据。针对上述问题,基于离散元法建立了三棱齿切削破碎砾岩的数值仿真模型,研究不同砾石与胶结物基质黏结强度差情况下砾岩破岩形式与过程,并分析了三棱齿直径及后倾角对三棱齿切削力及砾岩破碎过程中岩石裂纹拓展的影响。结果表明:在黏结强度差大于70 MPa时,砾石会直接被剥离,而强度差小于40 MPa时,砾石直接被破碎;2种黏结强度差情况下,三棱齿直径为16 mm,后倾角为15°时,切削破碎砾岩效率均能达到最高。该研究对三棱齿PDC钻头设计具有理论意义。

关键词：三棱齿 PDC钻头砾岩地层破岩机理切削齿直径后倾角离散元法

PDC钻头在砾岩地层中的破岩机理与适应性分析

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石油机械 2023年第7期51卷 51-58,67页

作者：刘丁源李军高德伟郭鹤连威杨宏伟高热雨中国石油大学(北京) 中国石油大学(北京)克拉玛依校区四川长宁天然气开发有限责任公司中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司中国石油集团工程技术研究院有限公司

PDC钻头在非均质砾岩地层钻进时,不能仅通过磨损来进行优选,应当明确其破岩机理,从而对其应用效果欠佳的情况给予指导。为此,通过有限元软件建立非均质砾岩模型,对PDC单齿破碎砾石地层进行模拟,明确破岩机理,并提出优选建议。分析结果表... 详细信息

PDC钻头在非均质砾岩地层钻进时,不能仅通过磨损来进行优选,应当明确其破岩机理,从而对其应用效果欠佳的情况给予指导。为此,通过有限元软件建立非均质砾岩模型,对PDC单齿破碎砾石地层进行模拟,明确破岩机理,并提出优选建议。分析结果表明:切削齿在砾岩地层切削时,对小粒径砾岩影响切削力的主控因素为胶结物和基质强度,对大粒径砾岩影响切削力主控因素为砾石本身的固有剪切强度;在砾岩地层中,切削齿齿形推荐选用斧形齿,其半径尽量与砾石尺寸相匹配,且优先选择大厚度齿,选择二级、螺旋布齿可减轻单齿的损伤;可以通过优选新型异质材料来改善切削齿力学性能。研究结论可为提高PDC钻头在砾岩地层中的适应性提供理论支撑。

关键词： PDC钻头砾岩地层破岩机理破岩模型切削齿优化分析

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玛湖地区砾岩地层PDC钻头优化设计

玛湖地区砾岩地层PDC钻头优化设计

作者：辛庆庆中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

新疆玛湖地区侏罗系、三叠系剖面上发育三套砾岩地层。该三套砾岩地层非均质性强、岩石研磨性较高,岩石可钻性差,前期使用牙轮和常规PDC钻头的效果不理想,进而导致该地区的钻头钻进效果差,钻井周期长,钻井费用高等问题。因此,为加快玛... 详细信息

新疆玛湖地区侏罗系、三叠系剖面上发育三套砾岩地层。该三套砾岩地层非均质性强、岩石研磨性较高,岩石可钻性差,前期使用牙轮和常规PDC钻头的效果不理想,进而导致该地区的钻头钻进效果差,钻井周期长,钻井费用高等问题。因此,为加快玛湖地区的勘探开发步伐,有必要针对砾岩地层的地层岩石性质,PDC钻头在砾岩地层中钻进时的损坏机理,优化设计PDC钻头,进而提高PDC钻头的机械钻速,缩短建井周期,扩大其使用范围。本文根据砾岩地层的实际地层性质,分析了在砾岩地层中PDC钻头的主要失效形式、损坏机理及钻头损坏的主要因素,提出了改进PDC钻头钻进砾岩地层性能的途径;结合室内岩心实验及测井资料、钻完井资料,得到了玛湖地区地层可钻性、抗压强度、杨氏模量、内摩擦角与测井资料的关系模型;针对砾岩地层钻头的损坏机理,结合玛湖地区地层特性分析,通过PDC钻头冠部剖面优化设计,梳状布齿及多重切削布齿结构设计,切削齿类型及参数优选,力平衡抗涡动设计等,优化设计了针对玛湖地区底部砾岩地层使用的直径为311.2mm、241.3mm、165.1mm的PDC钻头,为顺利钻进砾岩层及软硬交错等非均质地层提供了有效的途径和方法。通过在直径段、造斜段和水平段砾岩地层使用优化设计的PDC钻头。突破了单只刚体PDC钻头钻穿八道湾组底部砾岩地层、单只刚体PDC钻头钻穿克拉玛依组砾岩夹层及百口泉组含砾难钻地层,单只钻头进尺同比提高90%;水平井砾岩地层,通过优化设计的PDC钻头配合螺杆的使用,实现单只钻头“一趟钻”钻穿造斜段,平均机械钻速由1.8m/h提高到5.4m/h,提高2倍,单趟钻平均进尺由132m提高到588m,提高3.45倍;水平段平均机械钻速由3.05m/h提高到4.11m/h,提高了34.8%,单趟钻平均进尺由151m提高到406m,提高1.69倍。大幅度提高了钻井速度,降低了钻井费用,提高了玛湖地区油气开发经济效益。

关键词：砾岩地层钻头损坏 PDC钻头设计钻井提速

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玛湖砾岩地层PDC钻头选型方法研究

玛湖砾岩地层PDC钻头选型方法研究

作者：马旭昇中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

玛湖油田的深部砾岩地层除了岩石强度高、硬度大、塑性强、可钻性级值高等特性,还具有的强烈的非均质性。砾岩地层的这些特性导致钻头易反复受到剧烈、不规则载荷的冲击,引起钻头崩齿、切削齿过早磨损、钻井参数受限等问题,给玛湖油田... 详细信息

玛湖油田的深部砾岩地层除了岩石强度高、硬度大、塑性强、可钻性级值高等特性,还具有的强烈的非均质性。砾岩地层的这些特性导致钻头易反复受到剧烈、不规则载荷的冲击,引起钻头崩齿、切削齿过早磨损、钻井参数受限等问题,给玛湖油田的钻井提速工作带来了巨大挑战。钻头选型一直是钻井工程中的重要设计部分,钻头的合理选型能够在一定程度上解决上述问题,达到提高钻进速度、降低钻井成本的目标。本文应用砾岩抗钻特性评价模型计算分析了玛湖砾岩地层的抗钻特性参数(包括可钻性级值、抗压强度、硬度、岩石脆性指数、内摩擦角、非均质性)。通过克里金插值法研究了玛湖砾岩地层可钻性级值的三维分布规律。应用K-means聚类分析方法,以地层抗钻特性参数为输入特征,建立了玛湖砾岩地层分级方法。收集现场已钻井的井史资料,建立了玛湖油田钻头使用数据库,并采用钻头经济效益指数和水力机械比能两种指标,对每级地层的钻头使用效果进行了评价。通过熵权TOPSIS方法综合考虑两种指标的权重,得到了钻头的优劣排序,从而对玛湖砾岩的各级地层进行了钻头优选。基于Python语言的Pytorch库,采用LSTM神经网络,以砾岩地层抗钻特性参数和砾石粒径中值作为输入层,钻头型号作为输出层,建立了玛湖砾岩地层PDC钻头选型的深度学习模型。经过多次训练,模型测试结果精度高,预测准确率在94%以上。在上述模型的基础上,应用Python语言编制了玛湖砾岩地层PDC钻头选型软件,并进行了实例测试,预测结果良好。

关键词：砾岩地层抗钻特性地层分级钻头选型深度学习

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含层状泥质砾岩地层的岩电特性数值计算研究

电脑知识与技术 2018年第3Z期14卷 201-202页

作者：李彬詹文霞西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室陕西西安710065 西安石油大学导向钻井控制技术研究室陕西西安710065

伴随油气勘探和电阻率测井技术的发展,对含层状泥质砾岩地层、薄砂泥岩交互层等复杂地层的测井解释已成为普遍重视的问题。影响含层状泥质砾岩地层电阻率因素数量众多,该文基于COMSOL软件构建了恒定电场中含层状泥质的砾岩地层模型,采... 详细信息

伴随油气勘探和电阻率测井技术的发展,对含层状泥质砾岩地层、薄砂泥岩交互层等复杂地层的测井解释已成为普遍重视的问题。影响含层状泥质砾岩地层电阻率因素数量众多,该文基于COMSOL软件构建了恒定电场中含层状泥质的砾岩地层模型,采用三维数值计算方法实现了含层状泥质的砾岩地层的仿真。逐一揭示了泥质电阻率、泥质厚度、位置等因素对含层状泥质的砾岩地层视电阻率的影响关系。为含层状泥质的砾岩储集层岩电特性分析和油气解释评价提供了理论基础和科学依据。

关键词：层状泥质砾岩地层视电阻率 COMSOL 数值计算

砾岩球度对砾岩地层电阻率影响的数值模拟研究

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计算机时代 2016年第12期 28-31页

作者：屈雄伟李彬西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室陕西省油气井测控技术重点研究室陕西西安710065

地层电阻率是石油测井油气解释评价的重要参数,随着油气精细勘探的深入,砾岩地层等具有各向异性的储集层逐渐成为重要的勘探方向。利用COMSOL有限元软件绘制单个砾岩地层模型,在恒定电流场下根据电流连续性定理求得砾岩地层使视电阻率... 详细信息

地层电阻率是石油测井油气解释评价的重要参数,随着油气精细勘探的深入,砾岩地层等具有各向异性的储集层逐渐成为重要的勘探方向。利用COMSOL有限元软件绘制单个砾岩地层模型,在恒定电流场下根据电流连续性定理求得砾岩地层使视电阻率。通过COMSOL有限元软件数值计算得出改变砾岩球度对砾岩地层电阻率有一定的影响,确定球度的砾岩对应于不同背景地层影响程度也不同。在此研究基础上得到球度的影响机理,为实际复杂储集层的测井油气评价和解释提供理论依据。

关键词：砾岩地层球度电阻率 COMSOL

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冻结孔钻进砾岩地层的施工方法

冻结孔钻进砾岩地层的施工方法

均匀地层中单个砾岩对阵列感应响应的影响机理分析

全国矿山建设学术会议

作者：邹允领田志斌中煤五公司第三工程处中煤五公司第三工程处

许楼矿主井冻结孔施工,砾岩地层厚度215.11m,钙硅质胶结,砾石成分为燧石、石英岩,岩石坚硬。局部地层胶结物松散,易产生掉块、塌孔。采取优化的钻具组合和选择合理的钻进参数,工程质量和进度达到优质高效。

关键词：砾岩地层坚硬松散冻结孔施工

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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西安石油大学学报（自然科学版） 2013年第5期28卷 51-56,3-4页

作者：段雁超仵杰曹婷西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室陕西西安710065

单个砾岩对阵列感应测井的影响机理研究是复杂砾岩地层中响应特性研究的基础.建立单个砾岩中的阵列感应测井响应计算模型,研究使计算有效的网格剖分方法,计算分析砾岩空间位置、背景电导率及砾岩尺寸分别变化时的阵列感应测井响应.数值... 详细信息

单个砾岩对阵列感应测井的影响机理研究是复杂砾岩地层中响应特性研究的基础.建立单个砾岩中的阵列感应测井响应计算模型,研究使计算有效的网格剖分方法,计算分析砾岩空间位置、背景电导率及砾岩尺寸分别变化时的阵列感应测井响应.数值计算砾岩地层中井眼周围旋涡电流的空间轨迹,揭示了砾岩地层的阵列感应测井响应机理:非导电砾岩使井眼周围涡流产生复杂的非对称的空间分布,接收线圈中产生的二次磁场方向发生变化,对阵列感应不同长度子阵列的影响由短到长逐渐减弱.

关键词：砾岩地层阵列感应测井涡流数值计算机理分析

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砾岩电各向异性地层中感应测井响应研究

砾岩电各向异性地层中感应测井响应研究

作者：段雁超西安石油大学

学位级别：硕士

地层电阻率是测井解释油气评价的重要参数。随着油气精细勘探的深入，砾岩地层、薄交互层、致密地层、孔隙性和裂缝性地层等明显电各向异性的储集层成为重要的发展方向，常规测量技术和解释理论不再适用，迫切需要加强电各向异性电磁理... 详细信息

地层电阻率是测井解释油气评价的重要参数。随着油气精细勘探的深入，砾岩地层、薄交互层、致密地层、孔隙性和裂缝性地层等明显电各向异性的储集层成为重要的发展方向，常规测量技术和解释理论不再适用，迫切需要加强电各向异性电磁理论研究，提出新的测量技术，建立描述电各向异性的张量电阻率（张量电导率的倒数）与地层油气评价参数之间的定量关系，提供油气解释评价理论依据。本文以砾岩地层为研究对象，利用COMSOL有限元数值计算软件计算研究电导率与岩石“四性”之间的定量关系，研究感应测井在砾岩地层中的响应机理，此外还研究了基于COMSOL软件的电测井数值计算方法，并将其应用于阵列感应测井问题的计算分析。主要研究的内容和成果有以下五方面。第一部分是电测井正演问题计算方法研究。设计具有一定推广性的球形测井模型以及针对此模型的网格剖分，极大提高计算效率和计算的准确性。解决了外边界确定、是否加无限元以及加源等效处理等问题，使实际工程的数值计算成为可能。第二部分研究了恒定电流场下非均匀导电媒质中的电荷分布特性。利用镜像原理推导出两层无限大导电媒质交界面和媒质与空气交界面上表面电荷密度，用COMSOL软件数值计算有限大小两层导电媒质中的面电荷密度。数位计算定量揭示了媒质与空气交界面上的角、边和不同媒质交界线的电荷分布特性。第三部分研究了砾岩地层电导率与岩石“四性”之闽的定量关系。设计各向异性砾岩模型，定量研究砾岩地层张量电导率和地层因数、孔隙流体之间的关系，发现砾岩地层中地层因数具有各向异性，孔隙流体不具有各向异性。第四部分研究砾岩地层的阵列感应测井响应及其机理。设计均匀地层中单个砾岩对阵列感应测井响应的计算模型，计算分析碌岩空间位置、背景电导率及砾岩尺寸分别变化时的阵列感应测井响应。数值计算砾岩地层中井眼周围旋涡电流的空间轨迹，揭示了砾岩地层的阵列感应测井响应机理。第五部分研究了阵列感应其它柯题的数值计算。首先解决了阵列感应测井偏心响应计算问题，建立了偏心数据库，己应用于实际工程;其次设计了基于球形求解区域外围加映射无限元的计算模型解决了阵列感应仪器在进行参数调校时,计算金属体影响问题。最后幵发基于几何因子的砾岩响应数值计算软件。

关键词：电各向异性砾岩地层阿尔奇公式 COMSOL 电测井