首页> 正文

气体钻井钻头失效机理研究

2020-12-13阅读(194)

气体钻井钻头失效机理研究

论文摘要

在气体钻井条件下,由于气体的导热性差,比热容低,牙轮钻头轴承丁晴橡胶密封圈最高耐温170℃,金刚石的碳化温度为1200℃,PDC钻头牙齿的最大安全工作温度为750℃,会不会由于温度过高而使钻头提前损坏呢?本文分别对气体钻井条件下三种主要的钻头（PDC钻头、金刚石钻头、三牙轮钻头）的发热与散热进行分析：（1）建立PDC钻头的温升模型。把PDC钻头的温升情况分为三个部份,即牙齿、钻头以及钻柱。分别对PDC钻头切屑齿与地层摩擦产生的摩擦热；摩擦热向牙齿、钻头以及钻柱的传热；气流对牙齿、钻头以及钻柱的散热进行分析,最后得出牙齿、钻头以及钻柱的温度分布。并结合现场实例分析了正常气体钻井条件下和钻头泥包后81/2"PDC钻头的温升情况,得出：在转速为50转/min时,正常气体钻井条件下的温度所控制的临界钻压为35-57KN；而钻头泥包以后,其临界钻压降为10.5-16.5KN,而现场所实施的钻压为20-40KN,所以,一旦钻头泥包,便存在烧钻头的危险；（2）建立金刚石钻头的温升模型。同PDC钻头类似,只是金刚石钻头的牙齿模型与PDC钻头有差异,通过分析得出：在转速为100转/min时,正常气体钻井条件下,81/2"金刚石钻头温度控制的临界钻压为210KN,而钻头泥包后,其临界钻压降为20KN；（3）建立牙轮钻头的温升模型。由于牙轮钻头自身的复杂性,在此只讨论了牙轮钻头轴承的温升情况,并结合江汉钻头厂的室内实验进行分析,得出牙轮钻头轴承的温升与钻压、钻速的关系。为了对气体钻井条件下的钻头冷却有充分可靠的依据,我们还与长庆油田合作,在陕242和苏39-14-1井天然气钻井中,对所使用的牙轮钻头进行了认真的“过热伤害”分析,并委托江汉钻头股份有限公司对钻头进行了全面检查,得出：正常气体钻井条件下钻头不会由于过热而损坏。但如果由于某些原因造成钻头冷却不够（如钻头泥包,短循环等）,钻头会很快过热而严重损坏。（4）对牙轮钻头的磨损及寿命进行分析。结合通用的牙齿及轴承磨损模型,并应用胜利油田152只81/2"J22钻头的使用数据,利用模糊聚类的回归分析,得出牙齿及轴承的磨损方程,并以此对气体钻井条件下的钻头寿命进行预测。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 研究的目的与意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 本文的研究思路及研究内容
  • 1.4 主要认识
  • 第2章 气体钻井井眼温度及压力分布
  • 2.1 气体钻井井眼压力分布
  • 2.1.1 气体在环空中的压力分布
  • 2.1.2 气体在钻柱内的压力分布
  • 2.1.3 通过钻头水眼的压降
  • 2.2 气体钻井井眼温度分布
  • 2.2.1 气体钻井井眼温度分布
  • 2.2.2 气体通过钻头水眼的温降
  • 2.3 实例分析
  • 2.3.1 基础数据
  • 2.3.2 计算结果及分析
  • 第3章 PDC钻头的温升模型
  • 3.1 PDC钻头失效的主要形式及其机理
  • 3.1.1 平滑磨损
  • 3.1.2 微掉片
  • 3.1.3 崩齿
  • 3.1.4 聚晶金刚石层的脱落
  • 3.1.5 热龟裂
  • 3.2 模型的建立与假设
  • 3.2.1 模型的建立
  • 3.2.2 模型的假设
  • 3.3 模型推导
  • 3.3.1 牙齿的发热与散热分析
  • 3.3.2 钻头温度分布微分方程
  • 3.3.3 钻柱温度分布微分方程
  • 3.3.4 对流换热系数
  • 3.4 模型应用
  • 3.4.1 牙齿温度分布模拟
  • 3.4.2 牙齿、钻头、钻柱的温度分布
  • 3.4.4 温度控制的临界钻压
  • 3.4.5 钻头泥包
  • 3.5 实例分析
  • 3.5.1 基础数据
  • 3.5.2 计算结果及分析
  • 第4章 金刚石钻头的温升模型
  • 4.1 金刚石钻头失效的主要形式及其机理
  • 4.1.1 金刚石的热敏感性
  • 4.1.2 金刚石的磨损
  • 4.2 模型的建立与假设
  • 4.3 模型推导
  • 4.3.1 牙齿与地层摩擦产生的热量
  • 4.3.2 牙齿的对流散热量
  • 4.3.3 钻头温度分布微分方程
  • 4.3.4 钻柱温度分布微分方程
  • 4.4 模型应用
  • 4.4.1 钻头、钻柱的温度分布
  • 4.4.2 温度控制的临界钻压
  • 4.5 实例分析
  • 4.5.1 基础数据
  • 4.5.2 计算结果及分析
  • 第5章 牙轮钻头的温升模型
  • 5.1 牙轮钻头与刮削类钻头的温升模型的区别
  • 5.2 牙轮钻头轴承失效的主要形式及其机理
  • 5.3 模型推导
  • 5.3.1 模型的假设
  • 5.3.2 轴承自身摩擦产生的摩擦热
  • 5.3.3 牙轮的对流散热量
  • 5.3.4 温度控制的临界钻压
  • 5.4 实例分析
  • 5.4.1 理论分析
  • 5.4.2 室内实验分析
  • 5.4.3 现场实验分析
  • 5.4.4 钻头泥包后导致过热损坏的现场实例
  • 第6章 牙轮钻头的磨损模型及钻头寿命分析
  • 6.1 牙轮钻头的磨损模型
  • 6.1.1 轴承磨损模型
  • 6.1.2 牙齿磨损模型
  • 6.2 牙轮钻头寿命分析
  • 6.2.1 气体钻井延长钻头使用寿命机理分析
  • 6.2.2 钻头使用寿命实例
  • 第7章 结论与建议
  • 7.1 结论
  • 7.2 建议
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

    • 相关论文文献

    • [1].减少超长钻头的折断发生[J]. 机械工程师 2017(03)
    • [2].非开挖钻孔新型碎泥屑钻头力学模型使用研究[J]. 世界有色金属 2017(06)
    • [3].钻头[J]. 高中生 2012(30)
    • [4].矿用卡夹式打捞钻头及打捞工艺流程的分析[J]. 机械管理开发 2020(08)
    • [5].新型取芯钻头的研制与应用[J]. 石化技术 2018(04)
    • [6].应用灰色聚类法进行钻头优选研究[J]. 当代化工 2017(04)
    • [7].纷争——冲击级钻头真的物有所值吗?[J]. 电动工具 2013(05)
    • [8].一枚钻头与一门学科的故事[J]. 四川档案 2019(06)
    • [9].我是祖国一枚行走的钻头(二首)[J]. 芒种 2019(10)
    • [10].炉匠——“光头徐”[J]. 国企管理 2017(Z3)
    • [11].钻头冠部形状对破岩效果的影响[J]. 石油勘探与开发 2017(04)
    • [12].安全钻头制备粗隆间骨折锁定钢板植入孔道研究[J]. 温州医科大学学报 2015(01)
    • [13].钻头下的律动——记长江钻头公司总经理李大佛教授[J]. 科学中国人 2009(08)
    • [14].巧取钻头方法[J]. 金属加工(冷加工) 2014(18)
    • [15].石油钻头的实体建模及有限元分析[J]. 机械制造与自动化 2010(06)
    • [16].世界最敏感的机器人钻头[J]. 微创医学 2009(02)
    • [17].专用优质PDC钻头[J]. 石油机械 2008(12)
    • [18].针对特殊需要设计专用钻头[J]. 石油机械 2008(09)
    • [19].卡夹式打捞钻头及打捞工艺[J]. 煤矿安全 2020(03)
    • [20].混合钻头井底齿坑建模仿真及布齿优化[J]. 石油机械 2020(08)
    • [21].个性化钻头技术研究与展望[J]. 钻采工艺 2020(04)
    • [22].大芯厚钻头横刃处参数优化实验[J]. 机床与液压 2015(04)
    • [23].钻头材料修复的研究进展[J]. 山东工业技术 2015(20)
    • [24].电镀钻头中金刚石的选用原则[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) 2013(07)
    • [25].空气锤钻头保径技术探析[J]. 石油机械 2010(02)
    • [26].国外钻头技术新进展[J]. 石油机械 2010(04)
    • [27].钻头磨削装置的设计研究[J]. 河北建筑工程学院学报 2018(02)
    • [28].混合钻头在斜井段的应用[J]. 化工管理 2017(15)
    • [29].煤矿用锚杆钻头的应用现状与发展趋势[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程) 2017(05)
    • [30].一种改善钻掘问题的特殊钻头[J]. 科技与创新 2017(10)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    气体钻井钻头失效机理研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5