深水浅层钻井导管喷射钻进机理及喷射排量优化方法研究

摘要

深水钻井在浅部地层常遇到海床不稳定、破裂压裂梯度底、浅层水流等地质危害,采用水力喷射方式下导管技术能很好地解决这些风险难题.为了深入地了解导管喷射钻进机理从而更好的采取措施提高钻进速度,通过对导管喷射的水动力学理论推导和分析,研究了深水浅层钻井导管水力喷射使土体破碎的钻进机理.结果表明,喷射流体冲击土层后,流体的动能转换成对土层的压能,形成对土层的冲击压力波,从而使处于喷头附近的土体出现应力和位移集中现象,且土体受到的剪切力远大于土体抗剪强度.导管喷射排量对导管下入速度和土体承载力恢复时间影响较大,随喷射排量的增加,导管侧向摩擦力减小,导管下入速度增加,同时由于大的喷射排量导致井眼扩大使土体承载力恢复到特定值所需时间也增加.综合考虑排量对导管下入速度、井眼尺寸及土体承载力恢复时间的影响,同时满足最小携岩能力要求和最大额定排量的限制,建立数据库和数据曲线,最终确定最优化的喷射排量,提高钻进速度.研究成果能为日费高昂的海上作业节约成本,对提高深水钻井的经济效益有重要意义.