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空氣錘在鉆井技術(shù)上的應(yīng)用 |
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近年來，由于開發(fā)深部油氣資源力度的不斷加大，提高機(jī)械鉆速成為深井、超深井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。而氣體鉆井成為解決這一技術(shù)難題的新技術(shù)，并得到了廣泛推廣�？諝忮N鉆井技術(shù)以小鉆壓、低轉(zhuǎn)速、機(jī)械鉆速高、鉆具壽命長、防斜能力強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢,在鉆進(jìn)硬質(zhì)、復(fù)雜、高陡、易斜地層中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益,成為氣體鉆井的首選。因此，應(yīng)用空氣錘鉆井技術(shù)解決深井、超深井的提速防斜問題將成為發(fā)展的趨勢。但國內(nèi)空氣錘所鉆最大井深為4300米，仍然不能解決4500米以下的深井問題。
提高空氣錘的性能、延長空氣錘及其鉆頭的使用壽命、提高空氣錘破巖效率是當(dāng)前發(fā)展空氣錘的主要任務(wù)。
1、首先，闡述了空氣錘內(nèi)部工作過程，運(yùn)用運(yùn)動學(xué)、氣體動力學(xué)等相關(guān)理論建立了描述空氣錘工作過程的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)所建的數(shù)學(xué)模型編制了研究空氣錘工作過程機(jī)理的仿真軟件。該軟件實(shí)現(xiàn)了繪制壓力¬——時間、溫度——時間、速度——時間、位移——時間、加速度——時間、位移——速度等動態(tài)曲線的功能，較好地揭示了空氣錘內(nèi)部運(yùn)動規(guī)律。應(yīng)用此軟件研究了空氣錘結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作條件的改變對其性能的影響規(guī)律。
2、分析了空氣錘撞擊鉆頭破碎巖石的特征，以此為基礎(chǔ)建立了空氣錘鉆井的力學(xué)模型，并應(yīng)用斷裂損傷的相關(guān)理論建立了動、靜耦合條件下巖石內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的數(shù)學(xué)模型，然后通過實(shí)驗(yàn)對循環(huán)加載下的巖石力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，驗(yàn)證了巖石裂紋擴(kuò)展的數(shù)學(xué)模型，初步揭示了空氣錘鉆井中巖石破碎的機(jī)理。最后，根據(jù)前面所作的研究，分析了影響巖石破碎的因素。
3、由于用于破碎巖石的主要能量主要來自于空氣錘核心部件活塞撞擊鉆頭后產(chǎn)生的應(yīng)力波，本文依據(jù)波動理論、非線性局部變形理論，應(yīng)用有限差分原理對空氣錘活塞撞擊鉆頭產(chǎn)生的應(yīng)力波進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬出活塞和鉆頭的應(yīng)力波形及鑿入力歷程曲線，為合理設(shè)計(jì)活塞和鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了依據(jù)。
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