钻井技术试验的研究.pdfVIP

九、钻 井 凿 井 2』(} TD 63．钻井技术试验研究’ 中国矿业大学 顾大钊 王义海 摘要钻井法是目前机械化程度最高的凿井施工方法。但钻井法也存在着 钻井偏斜尚不能精确控制及钻井速度尚待提高等问题。本文采用相似材料模型试 验的方法．对钻井法凿井的全过程进行了模拟研究。制作了符合钻井法破岩特点 的相似材料模型；研究了楔齿滚刀破岩过程度特点；得出了钻进压：々、钻头转速、 泥浆洗井量、钻井减压比、钻进地层情况等参数时钻进速度、钻进减压比、钻进 扭矩、钻进功率、钻孔垂直度及泥包钻头等的影响规律．为钻井施工提供了较可 靠的依据。 关键词钻井法相似模拟试验研究 一、概述 钻井法是井筒特殊施工的主要方法之一，它是目前机械化程度最高的凿井施工方法。纵 观国内外钻井法凿井的发展现状和趋势，尽管其技术和工艺都已基本成熟，但还有许多问 题需要解决，这些问题主要包括： (1)工作面破坏机理的研究： 钻进时工作面被破坏的机理非常复杂，它不仅和工作面岩土的性质有关．而且受破岩 刀具对工作面的作用方式及钻井泥浆的影响。目前又没有仪器仪表能较精确地观测到工作 面岩土与钻进刀具相互作用的过程，该过程对钻进效率、钻进偏斜等有决定性的影响·使 得对钻井破岩机理的研究在很大程度上存在盲目性。 (2)井筒防偏纠偏及固井技术： 井简偏斜是目前钻井法存在的一个较严重的问题。只有解决此问题，才能使钻井法在 煤矿井筒施工中得到更广泛的应用。而解决该问题的关键是首先要研究钻井偏斜的机理，特 别是钻进偏斜和工作面破岩(土)过程的关系。 (3)钻进效率的提高： 目前，钻井法凿井的速度不能令人满意，其主要原因是钻进效率不高。为了提高钻进 效率，一方面要优化钻具的破岩(土)机理，另一方面要改善钻具结构．．加大其钻进能力。 钻井过程是一个复杂的系统问题，对此国内外在理论和试验方面均有较深的研究，这 些研究对钻井工艺的改善及钻井技术的进步起到r很大的推动作用。但迄今为止尚未有对 +国家自然科学基金资助项 312 钻井的全过程进行模拟研究，而这种全过程的模拟对钻井这类复杂现象的研究是非常有效 的。这种研究方法能否成功的关键}要取决于能否精确地模拟现场钻进条件，特别是钻进 介质和钻具的模拟。 本文的主要研究内容是根据设定参数的井筒为原型，进行钻井]二艺及技术的优化研究， 以达到加快钻井速度．改善钻井效果之目的。 二、试验设备 试验研究是在中国矿业大学特殊凿井实验室的钻井试验台上进行的。图63—1是试验 台的结构示意图。试验台按其功能主要可分为：试验台主体结构、钻具系统、提吊系统、动 力系统、洗井系统、钻井介质模拟系统及钻井参数最测系统。 (1)试验台主体结构：试验台 的主体结构如图631所示，它出 工字钢槽钢焊接及用螺栓连接而 成。 (2)钻具系统：钻具系统主要 包括刀盘、刀具、钻杆及配重块等。 刀盘采用厚25mm的网板加 工而成，直径380ram。刀盘与刀具 采用螺栓连接。 刀具采用试验用楔齿滚刀。刀 具在刀盘上按螺线布置，螺线的展 开方向与钻头的旋转方向相反。整 个刀盘上共布置12把刀具，钻头直 径400mm，刀具覆盖系数为1．1。 钻杆采用厚壁无缝钢管制成． 钻杆外直径50ram．壁厚6mm。 为r实现减压钻进，加工丁铸 铁配重块。配重块的外直径是 380mm，每块重45kg。 图f)3—1试验台结持示意图 (3)提吊系统：提吊系统的作 1 丰体框槊：2钻进舟质筒体；3中心排淹iL；4一泥浆； 用主要是提吊钻具及钻井试验中取 5一进浆骨；6进浆调控阀；7铕-k；8配重块．9精道 立撑梁；1 2一柱式滑唐；13花架螺 放模拟钻进介质。 O一钻杆；11一滑动粱；1 栓；14液压马达；15液压油管；J6滑轮；