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高压电脉冲破碎非均质花岗岩数值模拟
被引量：
1
1
作者
祝效华
陈梦秋
刘伟吉
《中国石油大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期151-159,共9页
对高压电脉冲破碎机制的研究是提高钻井破岩效率和优化电脉冲电参数的关键。利用颗粒流离散元软件及Voronoi划分建立非均匀介电性质的花岗岩模型,从电流场、电路场、电击穿场进行等离子通道生长过程仿真,并分析非均质度对击穿路径的影响...
对高压电脉冲破碎机制的研究是提高钻井破岩效率和优化电脉冲电参数的关键。利用颗粒流离散元软件及Voronoi划分建立非均匀介电性质的花岗岩模型,从电流场、电路场、电击穿场进行等离子通道生长过程仿真,并分析非均质度对击穿路径的影响;对比不同花岗岩的电破岩效率和电脉冲破岩效果。结果表明:花岗岩的非均质度增大使得初始电场极值增大,相应地降低了电破岩的能量需求;等离子通道的生长方向存在优先发展区域,等离子通道的生长过程体现出通道尖端处电场集中现象强于通道躯干处;花岗岩非均质度的差异使得等离子通道的总长度和平均贯穿深度存在显著差异,在一定非均质度范围内电脉冲破碎效果和非均质度呈正相关;不同非均质度花岗岩的单脉冲电破岩效率差异不大,等离子通道的总长度越长,电破岩效率越高。
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关键词
电脉冲破岩
非均质花岗岩
电击穿
等离子通道钻井
钻井提速
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职称材料
PDC混合布齿钻头破碎非均质花岗岩数值模拟
被引量：
3
2
作者
吴泽兵
袁若飞
+2 位作者
张文溪
王刚
胡诗尧
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期105-117,共13页
非常规油气资源所处地层复杂,开采难度大,钻井过程中钻遇地层密实度高,对钻头性能提出了更高要求。普通PDC钻头主要依靠切削齿剪切破碎岩石,攻击性弱,不仅导致钻头寿命和破岩效率严重下降,而且增加了钻井成本。为探究混合布齿PDC钻头的...
非常规油气资源所处地层复杂,开采难度大,钻井过程中钻遇地层密实度高,对钻头性能提出了更高要求。普通PDC钻头主要依靠切削齿剪切破碎岩石,攻击性弱,不仅导致钻头寿命和破岩效率严重下降,而且增加了钻井成本。为探究混合布齿PDC钻头的破岩机理和效果,提升PDC钻头破岩效率和寿命,建立了非均质花岗岩模型,使用有限元方法对比了斧形、三棱形和圆形PDC齿混合布齿的破岩效果,优选了最佳布齿方案,并使用响应面法优化了齿间距,对前后排齿不同高度差情况下的钻头破岩效果及规律进行了分析,最后结合钻头的现场应用对比分析了混合布齿、斧形齿和三棱形齿PDC钻头的破岩过程。研究结果表明:①斧形齿攻击性强,有利于吃入岩石,适用于刀翼前排,而三棱形齿更稳定,适用于刀翼后排;②混合布齿最佳方案为前排斧形齿,后排三棱形齿与斧形齿交替布置,后排齿距离前排齿的最佳横向距离为10.0 mm、10.1 mm,最佳纵向距离均为7.0 mm;③前排齿破岩后能释放岩石内应力,便于后排齿的破岩,但产生的应力区域有限,建议前后排齿高度差不超过1 mm;④围压条件下按照最佳方案布齿的PDC钻头相较于单斧形齿和三棱形齿的PDC钻头,钻井进尺分别提升了21.4%和44.1%。结论认为,混合布齿钻头兼具高破岩效率和稳定性,在深部和难钻地层具有较好的钻进效果,具有良好的现场推广应用价值。
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关键词
PDC钻头
混合布齿
非均质花岗岩
有限元
响应面法
齿间距
优化
高度差
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职称材料
影响高压电脉冲破岩效率的关键因素分析
被引量：
5
3
作者
刘伟吉
张有建
+3 位作者
祝效华
胡海
何灵
陈梦秋
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期112-124,共13页
随着石油、天然气、地热等资源勘探开发钻井深度的不断增加,传统的机械钻井方式表现出效率低、能耗高等缺点,难以满足深层、超深层钻探的需要。为此,在系统梳理和总结高压电脉冲破岩机理、放电破岩类型和电脉冲钻进原理的基础上,开展了...
随着石油、天然气、地热等资源勘探开发钻井深度的不断增加,传统的机械钻井方式表现出效率低、能耗高等缺点,难以满足深层、超深层钻探的需要。为此,在系统梳理和总结高压电脉冲破岩机理、放电破岩类型和电脉冲钻进原理的基础上,开展了高压电脉冲破岩过程中的电学结构参数、岩石特征参数和电极结构参数对高压电脉冲破岩效率的影响研究,并探讨了电脉冲钻井技术的发展趋势与研究方向,最后提出了一种电脉冲—机械复合高效破岩新技术。研究结果表明:①高压电脉冲破岩过程的电学参数对破岩效率有显著影响;②岩石内部裂缝、裂隙倾角和裂隙度同样会直接影响高压电脉冲破岩效率;③电极钻头结构设计需结合其在井底处流场分布并考虑高温烧蚀因素;④复合钻头将高压电脉冲破岩技术与机械旋转钻井技术相结合,既保留了机械钻头修整井壁质量的能力,又加入了电极钻头高效的破岩能力,保证其在硬岩地层的长时间钻进,大大提高了钻井效率。结论认为,高压电脉冲破岩技术作为一种新型高效破岩技术,其合理使用可为钻井提速技术创新提供有益参考,其与机械钻井相复合的新型钻井技术能够实现深部难钻地层和干热岩地层的高效低成本钻井。
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关键词
高压电脉冲
破岩机理
电极结构
非均质花岗岩
电脉冲—机械复合破岩
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职称材料
题名
高压电脉冲破碎非均质花岗岩数值模拟
被引量：
1
1
作者
祝效华
陈梦秋
刘伟吉
机构
西南石油大学机电工程学院
石油天然气装备教育部重点实验室
西南石油大学地热能研究中心
出处
《中国石油大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期151-159,共9页
基金
国家自然科学基金项目(52225401,52034006)。
文摘
对高压电脉冲破碎机制的研究是提高钻井破岩效率和优化电脉冲电参数的关键。利用颗粒流离散元软件及Voronoi划分建立非均匀介电性质的花岗岩模型,从电流场、电路场、电击穿场进行等离子通道生长过程仿真,并分析非均质度对击穿路径的影响;对比不同花岗岩的电破岩效率和电脉冲破岩效果。结果表明:花岗岩的非均质度增大使得初始电场极值增大,相应地降低了电破岩的能量需求;等离子通道的生长方向存在优先发展区域,等离子通道的生长过程体现出通道尖端处电场集中现象强于通道躯干处;花岗岩非均质度的差异使得等离子通道的总长度和平均贯穿深度存在显著差异,在一定非均质度范围内电脉冲破碎效果和非均质度呈正相关;不同非均质度花岗岩的单脉冲电破岩效率差异不大,等离子通道的总长度越长,电破岩效率越高。
关键词
电脉冲破岩
非均质花岗岩
电击穿
等离子通道钻井
钻井提速
Keywords
electric pulses rock-breaking
heterogeneous granite
electric breakdown
plasma channel drilling
rate of penetration
分类号
P642 [天文地球—工程地质学]
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职称材料
题名
PDC混合布齿钻头破碎非均质花岗岩数值模拟
被引量：
3
2
作者
吴泽兵
袁若飞
张文溪
王刚
胡诗尧
机构
西安石油大学机械工程学院
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第5期105-117,共13页
基金
国家油气钻井装备工程技术研究中心基金项目“智能自动送钻系统研究与应用”(编号:Z20257)
陕西省重点研发计划项目“基于深度学习的智能送钻系统目标钻压实时获取及控制优化”(编号:2022KW-10)。
文摘
非常规油气资源所处地层复杂,开采难度大,钻井过程中钻遇地层密实度高,对钻头性能提出了更高要求。普通PDC钻头主要依靠切削齿剪切破碎岩石,攻击性弱,不仅导致钻头寿命和破岩效率严重下降,而且增加了钻井成本。为探究混合布齿PDC钻头的破岩机理和效果,提升PDC钻头破岩效率和寿命,建立了非均质花岗岩模型,使用有限元方法对比了斧形、三棱形和圆形PDC齿混合布齿的破岩效果,优选了最佳布齿方案,并使用响应面法优化了齿间距,对前后排齿不同高度差情况下的钻头破岩效果及规律进行了分析,最后结合钻头的现场应用对比分析了混合布齿、斧形齿和三棱形齿PDC钻头的破岩过程。研究结果表明:①斧形齿攻击性强,有利于吃入岩石,适用于刀翼前排,而三棱形齿更稳定,适用于刀翼后排;②混合布齿最佳方案为前排斧形齿,后排三棱形齿与斧形齿交替布置,后排齿距离前排齿的最佳横向距离为10.0 mm、10.1 mm,最佳纵向距离均为7.0 mm;③前排齿破岩后能释放岩石内应力,便于后排齿的破岩,但产生的应力区域有限,建议前后排齿高度差不超过1 mm;④围压条件下按照最佳方案布齿的PDC钻头相较于单斧形齿和三棱形齿的PDC钻头,钻井进尺分别提升了21.4%和44.1%。结论认为,混合布齿钻头兼具高破岩效率和稳定性,在深部和难钻地层具有较好的钻进效果,具有良好的现场推广应用价值。
关键词
PDC钻头
混合布齿
非均质花岗岩
有限元
响应面法
齿间距
优化
高度差
Keywords
PDC bit
Mixed cutter arrangement
Heterogeneous granite
Finite element
Response surface method
Space between cutters
Optimize
Height difference
分类号
TE921 [石油与天然气工程—石油机械设备]
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职称材料
题名
影响高压电脉冲破岩效率的关键因素分析
被引量：
5
3
作者
刘伟吉
张有建
祝效华
胡海
何灵
陈梦秋
机构
西南石油大学机电工程学院
石油天然气装备教育部重点实验室
西南石油大学地热能研究中心
出处
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第10期112-124,共13页
基金
国家自然科学基金资助项目“电脉冲—机械复合破岩提速机理研究”(编号:52034006)
“深层干热岩钻进井壁围岩宏细观破裂机理及稳定性控制研究”(编号:52274231)
+1 种基金
四川省自然科学基金项目“深部难钻地层高温热致裂辅助钻头破岩提速机理研究”(编号:2023NSFSC0431)
南充市与西南石油大学科技战略合作项目“高压电脉冲—机械复合破岩高速钻井机理研究”(编号:SXHZ004)。
文摘
随着石油、天然气、地热等资源勘探开发钻井深度的不断增加,传统的机械钻井方式表现出效率低、能耗高等缺点,难以满足深层、超深层钻探的需要。为此,在系统梳理和总结高压电脉冲破岩机理、放电破岩类型和电脉冲钻进原理的基础上,开展了高压电脉冲破岩过程中的电学结构参数、岩石特征参数和电极结构参数对高压电脉冲破岩效率的影响研究,并探讨了电脉冲钻井技术的发展趋势与研究方向,最后提出了一种电脉冲—机械复合高效破岩新技术。研究结果表明:①高压电脉冲破岩过程的电学参数对破岩效率有显著影响;②岩石内部裂缝、裂隙倾角和裂隙度同样会直接影响高压电脉冲破岩效率;③电极钻头结构设计需结合其在井底处流场分布并考虑高温烧蚀因素;④复合钻头将高压电脉冲破岩技术与机械旋转钻井技术相结合,既保留了机械钻头修整井壁质量的能力,又加入了电极钻头高效的破岩能力,保证其在硬岩地层的长时间钻进,大大提高了钻井效率。结论认为,高压电脉冲破岩技术作为一种新型高效破岩技术,其合理使用可为钻井提速技术创新提供有益参考,其与机械钻井相复合的新型钻井技术能够实现深部难钻地层和干热岩地层的高效低成本钻井。
关键词
高压电脉冲
破岩机理
电极结构
非均质花岗岩
电脉冲—机械复合破岩
Keywords
High voltage electric pulse
Rock breaking mechanism
Electrode structure
Heterogeneous granite
Electric pulse–mechanical composite rock breaking
分类号
TE242 [石油与天然气工程—油气井工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
高压电脉冲破碎非均质花岗岩数值模拟
祝效华
陈梦秋
刘伟吉
《中国石油大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
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下载PDF
职称材料
2
PDC混合布齿钻头破碎非均质花岗岩数值模拟
吴泽兵
袁若飞
张文溪
王刚
胡诗尧
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
3
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
影响高压电脉冲破岩效率的关键因素分析
刘伟吉
张有建
祝效华
胡海
何灵
陈梦秋
《天然气工业》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
5
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职称材料
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