粒子冲击钻井钻头喷嘴实验研究

摘要

粒子冲击钻井技术(简称PID)是一种新型的钻井技术,该技术能够有效的提高深井硬地层钻速,美国PDTI公司已经进行了理论研究与现场应用试验,目前技术已经比较成熟。
　　 根据现场的实际情况来看,喷嘴的磨损情况比较严重,粒子冲击钻井钻头喷嘴的磨损规律以及喷嘴的优化设计还需要继续改进,采用理论分析与室内实验相结合的方法,研究探索粒子冲击钻井钻头喷嘴的磨损规律,为喷嘴的结构优化设计提供理论依据,从而提高喷嘴的破岩效率,延长喷嘴的寿命。
　　 本文通过对粒子冲击钻井钻头喷嘴磨损规律的理论研究与分析,总结了材料冲蚀磨损的规律,得出影响喷嘴磨损的几种因素(喷嘴的结构参数、材料、射流压力、粒子的特性等因素),并选取四种喷嘴进行室内喷嘴磨损实验,获得四种喷嘴的磨损参数,分析粒子冲击钻井破岩机理,再结合喷嘴磨损规律的理论研究与分析和实验情况,对喷嘴进行结构优化和设计。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 水射流技术概述以及应用

1.2 磨料水射流技术的研究现状

1.3 粒子冲击钻井的现状

1.3.1 粒子冲击钻井工作原理

1.3.2 粒子冲击钻井发展过程

1.3.3 粒子钻冲击井工艺原理

1.3.4 粒子冲击钻井的破岩机理描述

1.3.5 粒子冲击钻井系统的特点

1.4 深井硬地层钻井技术概况

1.5 课题的研究目标、内容、拟解决的关键问题

1.5.1 课题研究目标

1.5.2 研究内容

1.6 拟解决的关键问题

1.7 课题的研究方法、技术路线及其可行性分析

1.7.1 研究方法

1.7.2 技术路线

1.7.3 可行性分析

1.7.4 课题的创新性

第二章 喷嘴冲蚀磨损理论

2.1 课题背景及国内外研究现状

2.2 磨料射流喷嘴磨损机理及研究现状

2.2.1 冲蚀造成的磨损

2.2.2 磨料造成的磨损

2.2.3 材料疲劳磨损

2.2.4 扩散磨损

2.3 几个导致喷嘴磨损的因素

2.3.1 喷嘴内流道表面粗糙度

2.3.2 喷嘴材质的制造缺陷

2.3.3 材质偏析带来的影响

2.3.4 射流压力带来的影响

2.3.5 粒子速度对磨损的影响

2.3.6 结构参数对磨损的影响

2.3.7 材料影响磨损的规律

2.3.8 粒子特性的影响规律

2.4 本章小结

第三章 硬质合金喷嘴冲蚀磨损机理研究

3.1 实验目的

3.2 设备以及实验准备

3.2.1 设备的原理

3.2.2 磨料罐原理

3.2.3 磨料罐操作

3.3 实验方法及步骤

3.4 实验数据的测量

3.5 实验数据的处理方法

3.5.1 锥直喷嘴

3.5.2 通孔喷嘴

3.5.3 锥型喷嘴

3.5.4 流线型喷嘴

3.6 本章小结

第四章 粒子冲击钻井喷嘴设计

4.1 粒子冲击钻井破岩机理

4.2 喷嘴的设计

4.2.1 喷嘴的基本结构以及冲蚀特点

4.2.2 磨料喷嘴的结构特点

4.2.3 磨料喷嘴的入口收缩段设计

4.2.4 磨料喷嘴的圆柱段设计

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢