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庫車坳陷巖石抗鉆特性及扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機理研究隨著油氣勘探的不斷深入,深層油氣資源已成為當今各大油田增儲上產(chǎn)的重點,塔里木油田勘探開發(fā)戰(zhàn)略目標也轉(zhuǎn)向了地質(zhì)復雜且開采難度大的深層油氣藏。但由于深部地層油氣藏鉆井存在地質(zhì)條件復雜,抗鉆特性強等特點,導致塔里木油田開采作業(yè)時經(jīng)常出現(xiàn)機械鉆速低下,鉆井事故頻發(fā)等問題,最終導致鉆井成本大幅度增加。為此,針對塔里木油田深層鉆井地質(zhì)特點和鉆井難點,本文提出以扭轉(zhuǎn)沖擊破巖為主的鉆井新技術,采用理論研究、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場實驗應用相結(jié)合的手段研究扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機理。論文的主要研究內(nèi)容及研究成果如下:1.基于塔里木油田庫車坳陷的地質(zhì)特點,分析了該構(gòu)造的鉆井現(xiàn)狀,總結(jié)了鉆井難點,對比已應用的各項鉆井提速技術的優(yōu)缺點以及現(xiàn)場應用情況,提出了可以大幅度提高庫車坳陷鉆井速度、降低鉆井成本的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速技術。2.統(tǒng)計分析了庫車坳陷的巖石抗鉆特性參數(shù)隨深度分布的函數(shù)關系,建立了巖石力學參數(shù)的測井解釋模型,應用R/S分析法說明了塔中地區(qū)測井數(shù)據(jù)具有很好的分形特征及相關性,并基于隨機中點位移法證實了地層宏觀變化趨勢和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)精細變化的自相似性。3.建立了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭單刀翼破巖和多刀翼破巖的物理模型和數(shù)學模型,推導了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭運動的控制方程,分析了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭的運動軌跡,通過數(shù)值模擬證實了扭轉(zhuǎn)沖擊破巖可減少鉆頭的滑脫現(xiàn)象,提高巖石的破碎效率。4.基于振動學理論,建立了扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井系統(tǒng)沖擊振動的物理模型、數(shù)學模型,求解了扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井穩(wěn)定鉆井和非穩(wěn)定鉆井兩種作業(yè)狀態(tài)的動力學模型,分別從鉆井作業(yè)參數(shù)、鉆柱的特征參數(shù)、鉆頭特征參數(shù)、巖石特征參數(shù)以及鉆頭與巖石相互作用特征參數(shù)五方面因素分析了其對扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井過程動力學特性的影響。5.介紹了扭力沖擊器設計的理論基礎、工作原理、技術特點。扭力沖擊器在庫車坳陷某區(qū)塊的J13井現(xiàn)場應用效果證明,扭力沖擊器能夠提高PDC鉆頭的機械鉆速,減少鉆進時間,降低鉆井費用。扭轉(zhuǎn)沖擊破巖是未來鉆井技術發(fā)展的重要方向之一。研究扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機理,為我國塔里木油田石油

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