小井眼钻井水力学设计理论与应用研究

论文摘要

当一种流体在小井眼的窄环空中流动时，环空的几何尺寸、钻具接头、偏心距及钻柱旋转速度的变化对流体压降影响很大，因此在小井眼中精确地计算和控制压降非常困难。钻井工业常用的原有的模型已不能精确地模拟高速旋转的小井眼窄环空的情况，所以需建立一个新的模型，以便精确地计算窄环空压降，达到安全控制地层压力和保护井筒完整性的目的。在整理国内外有关小井眼技术研究资料的基础上，建立预测钻具接头对环空压耗的影响的数学模型，并进一步得到了考虑钻柱偏心、钻柱旋转、钻具接头等因素的赫-巴模式流体小井眼环空压耗计算模型；并通过实验进一步深入了解窄下钻具接头高速旋转对小井眼环空压耗的影响。通过对实验数据的分析，得到了考虑钻具接头高速旋转时的压耗计算公式，并进一步针对小井眼钻井的特性，综合考虑钻井液循环过程中层流和紊流两种流态，得到了适用于小井眼钻井的流变模式的水力参数优化设计方法，完善了水力参数优化设计理论；编制出了小井眼水力参数设计软件；对实验井的实际数据与计算数据进行了对比分析，结果表明，利用本文的水力参数优化设计理论得到的计算结果与现场数据符合较好。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 小井眼钻井的定义
• 1.2 本论文研究的目的与意义
• 1.3 小井眼钻井技术发展概况及国内外研究现状
• 1.4 课题背景及本文主要工作
• 1.5 本文的创新点
• 第二章 小井眼与常规井水力参数计算的差异性研究
• 2.1 一般应用于流体运动的基本物理定律
• 2.1.1 质量守恒定律
• 2.1.2 能量守恒定律
• 2.1.3 动量守恒定律
• 2.2 流变模式和流变参数
• 2.2.1 几种常见的流变模式
• 2.2.2 流变参数的确定
• 2.3 常规钻头尺寸钻井时钻井液层流流态的压耗计算
• 2.4 常规钻头尺寸钻井时钻井液紊流流态的压耗计算
• 2.5 常规钻井计算实例
• 2.6 本章小结
• 第三章 小井眼钻井管内环空压降计算模型的建立及影响因素
• 3.1 模型的建立
• 3.2 钻具接头压耗计算
• 3.3 本章小结
• 第四章 窄环空中钻柱高速旋转对小井眼环空压降的影响实验
• 4.1 实验意义
• 4.2 国外实验
• 4.3 窄环空的压耗模型
• 4.4 窄环空中流动实验
• 4.4.1 实验目的与方法
• 4.4.2 实验装置
• 4.4.3 实验过程
• 4.4.4 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 小井眼钻井水力参数优化设计与模型
• 5.1 循环系统压耗的确定
• 5.2 水力参数优化设计理论
• 5.3 水力参数优化设计方法
• 5.3.1 优选实际压耗
• 5.3.2 优选钻头压降
• 5.4 水力参数优选
• 5.5 本章小结
• 第六章 小井眼钻井水力参数优化设计系统的软件开发
• 6.1 软件演示
• 6.1.1 基础数据管理
• 6.1.2 设计与分析
• 6.1.3 结果输出
• 6.2 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要