摘要：基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟方法。基于鄂尔多斯盆地地质特征构建的地质模型,使用热-流与热-流-固迭代耦合方法模拟咸水层CO_(2)溶解封存过程,研究了水气交替及间歇注入方案对CO_(2)溶解量、孔隙压力和地层形变的影响。结果表明:热-流-固迭代耦合模拟能帮助设计更加合理的注入方案;仅用水气交替注入方式可提高CO_(2)溶解量;间歇注入有助于孔隙压力与地层形变恢复。研究结果可为咸水层CO_(2)溶解封存提供理论指导。

摘要：PDC钻头广泛应用于软到中硬地层,合理的布齿方式有利于提高破岩效率。针对不同PDC钻头布齿方式,设计PDC齿破岩试验方案,通过切削力变化特征、岩屑分布特征、切削槽形貌以及岩石微观破碎特征等探究PDC齿破岩特性与破岩机制。结果表明:合理的切削齿出露高度和布齿密度有利于降低破岩比能,提高破岩效率;切削深度影响切削槽表面的微裂纹分布和切削槽底部微裂纹层的厚度,且该裂纹损伤区产生的边界效应能够有效促进岩石破碎。

摘要：常规PDC钻头配合旋转导向工具使用时,易出现造斜率不足和稳定性差等问题,严重影响旋转导向钻井系统正常工作。为了揭示旋转导向工具配套PDC钻头关键结构参数对造斜率的影响规律,基于Ls-dyna数值模拟软件,建立了 215.9 mm PDC钻头配合推靠式旋转导向工具全尺寸破岩模型,明确了钻进过程中造斜率与钻头侧向受力的对应关系,进一步分析了不同保径长度、内锥角大小及冠顶旋转半径对钻头造斜能力的影响规律。研究结果表明:在同一造斜率条件下,保径长度增加,钻头侧向受力增大,单位面积受力振幅减小,钻头造斜能力减弱但稳定性变好;内锥角增加,钻头侧向受力减小,单位面积受力振幅增加,钻头造斜能力增强但稳定性变差;冠顶旋转半径增加,钻头侧向受力减小,单位面积受力振幅增加,钻头造斜能力增强但稳定性变差。研究成果可为旋转导向工具配套PDC钻头结构设计提供理论依据。

摘要：为解决易漏失砂岩地层频发的井漏问题,采用巴西劈裂试验研究方法,测试不同粒径组合方式下防井漏材料对于井壁抗拉强度的强化效果。通过对比岩样孔喉尺寸和钻井液中防井漏材料的颗粒粒径,分析砂岩经不同粒径防井漏材料钻井液处理后的岩样抗拉强度测试结果,得到以下结论:相较于水润岩样的抗拉强度,防井漏材料明显起到强化井壁的效果,从而提高地层承压能力;未经粒径优化设计的防井漏材料有可能无法强化井壁,从而造成井漏问题无法缓解和钻井材料资源浪费等问题;钻井液中防井漏材料颗粒粒径范围越广,井壁强化效果越明显;若要达到最佳防井漏效果,使得地层承压能力最高,建议钻井液在进行防井漏材料粒径组合优化设计时,应考虑将防井漏材料的平均颗粒粒径约等于岩样平均孔喉尺寸。研究结果可为维持易漏失砂岩地层的井壁稳定、缩短非生产时间和安全高效钻井提供参考。

摘要：随着油气勘探开发逐渐向深层推进,地层温度和压力不断提高,高温高压条件下PDC钻头破碎深部硬岩效率降低,而关于高温高压条件下PDC钻头破岩试验的研究较少。鉴于此,以花岗岩为破岩对象,借助真三轴钻井模拟试验设备开展高温高压条件下PDC钻头破岩试验,研究了岩石温度、围压、PDC钻头转速、切削齿直径及后倾角对钻头破岩效率的影响规律。研究结果表明:随着围压的增大,PDC钻头单位破岩能耗增加;在不同钻头转速下,随着热处理温度的上升,钻压、扭矩和单位破岩能耗均明显减小,尤其当热处理温度达到300℃时,单位破岩能耗比常温降低30%以上,因此破岩效率较高;随着切削齿后倾角增大,钻压和单位破岩能耗均呈上升趋势,当后倾角为15°时,PDC钻头单位破岩能耗相对较低,破岩效率较高;随着切削齿直径的增大,PDC钻头钻压和扭矩增大,破岩效率降低。研究结果可为深部高温高压地层PDC钻头结构优化设计提供理论支持和试验基础。

摘要：异形非平面PDC切削齿破岩机理研究相对稀缺,关于国产三棱形PDC齿的相关研究更加匮乏。为此,利用数值模拟研究方法,揭示了三轴应力条件下非平面三棱形PDC切削齿破岩特性。研究结果表明:三棱形PDC齿更易吃入地层,与岩石接触更加均匀,切削力波动小,且破碎地层平均切削力小,攻击性强;在硬质研磨性地层中,破岩机械比能显著降低,破岩机械效率高;对比地层岩石单轴抗压强度对切削齿破岩效率的影响结果,地层岩石密度变化对三棱形和平面形PDC切削齿破岩效率影响较小;随着岩石单轴抗压强度的增加,三棱形PDC切削齿的破岩优势逐渐被削弱,其切削结构设计需进一步优化。所得结论可以为异形非平面PDC切削齿的布齿设计提供理论依据。

摘要：随着勘探开发向深层超深层发展,钻井工程中所钻地层的复杂程度持续增高,有必要进行脉冲振动提速工具在地层中适应性与降摩减阻方面的研究。为此,通过开展脉冲振动特性参数调控方法的数值模拟,揭示脉冲振动提速工具在井下的自适应调节机制,优化脉冲振动提速工具调控结构设计。研究结果表明:单盘阀与直流道结构搭配的泄流槽分流式调控机构结构简单,流道结构合理且压耗小,适应井下作业环境;单盘阀泄流槽分流式调控机构的脉冲特性参数调节范围与调节程度符合设计要求,叶轮转速为85238 r/min,频率824 Hz,转速与频率的变化幅度在280%300%之间。研究结论可为可调式脉冲振动提速工具结构设计及优化提供理论依据。

摘要：现有文献针对斧形PDC齿具体破岩机理研究较少,且破岩特性数据多针对现场应用数据,缺乏布齿方法的理论性依据。鉴于此,利用有限元数值模拟方法分析了斧形PDC齿破碎致密硬质砂岩特性,开展了岩石力学参数和切削工艺参数对斧形PDC齿破岩效率的影响规律研究。数值模拟结果表明:斧形PDC齿与常规PDC齿的破岩特性具有显著不同,相较于常规平面PDC齿,斧形PDC齿更容易吃入地层,且破碎同体积岩石要求的切削力更低,破岩比能更小,破岩效率更高;斧形PDC齿破岩效率与岩石密度无显著关系,但在高抗压强度、高弹性模量以及高泊松比地层中破岩效果将显著降低。研究结果可为高性能混合布齿PDC钻头的设计提供参考。

摘要：深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。

摘要：钻头水力学问题直接影响钻头的使用寿命。在钻井过程中,保持钻头井底区域的清洁对于提高机械钻速和进尺具有重要影响。文章针对PDC钻头的井底流场完成以下研究内容:利用Ansys Fluent软件建立了PDC钻头井底流场固液两相流模型,基于有限体积法分析不同喷嘴参数和刀翼参数条件下井底流场特性及岩屑浓度,明确了喷嘴倾斜角度和出口位置对PDC钻头各流道之间流量分布的影响规律,解析了井底流场的流动机制,优化了钻头的喷嘴空间结构参数。研究结果表明:喷嘴倾角随喷嘴出口至钻头中心距离增加而增大时,各个流道内的流量趋于平衡;在单个流道内设置1个喷嘴时能够减少涡旋,有利于提高清岩效率;喷嘴数量和刀翼数量相同时,6刀翼钻头清岩效果比5刀翼钻头好。文章研究可望为PDC钻头的结构优化设计提供了有益的参考依据。