庫車坳陷巖石抗鉆特性及扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機(jī)理研究

庫車坳陷巖石抗鉆特性及扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機(jī)理研究隨著油氣勘探的不斷深入,深層油氣資源已成為當(dāng)今各大油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn),塔里木油田勘探開發(fā)戰(zhàn)略目標(biāo)也轉(zhuǎn)向了地質(zhì)復(fù)雜且開采難度大的深層油氣藏。但由于深部地層油氣藏鉆井存在地質(zhì)條件復(fù)雜,抗鉆特性強(qiáng)等特點(diǎn),導(dǎo)致塔里木油田開采作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械鉆速低下,鉆井事故頻發(fā)等問題,最終導(dǎo)致鉆井成本大幅度增加。為此,針對(duì)塔里木油田深層鉆井地質(zhì)特點(diǎn)和鉆井難點(diǎn),本文提出以扭轉(zhuǎn)沖擊破巖為主的鉆井新技術(shù),采用理論研究、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)應(yīng)用相結(jié)合的手段研究扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機(jī)理。論文的主要研究內(nèi)容及研究成果如下:1.基于塔里木油田庫車坳陷的地質(zhì)特點(diǎn),分析了該構(gòu)造的鉆井現(xiàn)狀,總結(jié)了鉆井難點(diǎn),對(duì)比已應(yīng)用的各項(xiàng)鉆井提速技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及現(xiàn)場應(yīng)用情況,提出了可以大幅度提高庫車坳陷鉆井速度、降低鉆井成本的扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井提速技術(shù)。2.統(tǒng)計(jì)分析了庫車坳陷的巖石抗鉆特性參數(shù)隨深度分布的函數(shù)關(guān)系,建立了巖石力學(xué)參數(shù)的測井解釋模型,應(yīng)用R/S分析法說明了塔中地區(qū)測井?dāng)?shù)據(jù)具有很好的分形特征及相關(guān)性,并基于隨機(jī)中點(diǎn)位移法證實(shí)了地層宏觀變化趨勢和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)精細(xì)變化的自相似性。3.建立了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭單刀翼破巖和多刀翼破巖的物理模型和數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭運(yùn)動(dòng)的控制方程,分析了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡,通過數(shù)值模擬證實(shí)了扭轉(zhuǎn)沖擊破巖可減少鉆頭的滑脫現(xiàn)象,提高巖石的破碎效率。4.基于振動(dòng)學(xué)理論,建立了扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井系統(tǒng)沖擊振動(dòng)的物理模型、數(shù)學(xué)模型,求解了扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井穩(wěn)定鉆井和非穩(wěn)定鉆井兩種作業(yè)狀態(tài)的動(dòng)力學(xué)模型,分別從鉆井作業(yè)參數(shù)、鉆柱的特征參數(shù)、鉆頭特征參數(shù)、巖石特征參數(shù)以及鉆頭與巖石相互作用特征參數(shù)五方面因素分析了其對(duì)扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井過程動(dòng)力學(xué)特性的影響。5.介紹了扭力沖擊器設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)。扭力沖擊器在庫車坳陷某區(qū)塊的J13井現(xiàn)場應(yīng)用效果證明,扭力沖擊器能夠提高PDC鉆頭的機(jī)械鉆速,減少鉆進(jìn)時(shí)間,降低鉆井費(fèi)用。扭轉(zhuǎn)沖擊破巖是未來鉆井技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。研究扭轉(zhuǎn)沖擊破巖機(jī)理,為我國塔里木油田石油