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《浙江大学》 2002年
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全尺寸钻井井底压力模拟装置的研究

杨立芹  
【摘要】: 本文研究论述的全尺寸钻井井底压力模拟装置,是我国第一台模拟井深6000米压力环境的全尺寸钻井模拟试验装置。建立该装置的目的就是解决钻井现场试验只能测得多种工艺参数的综合效果、井下地层参数还不能随钻直接测定和控制的不足。因此,该试验装置的成功研究为我国石油钻井,特别是对深井开展深层次的基础理论和应用技术的研究,提供了模拟和试验手段。本文在对井底岩石的受力状态以及钻头的工作环境和特性加以分析的基础上,借助原有的井架、平台等设备,研究设计了模拟6000米井底压力坏境的高压模拟井筒、钻柱高压转联器、钻井液高压模拟系统以及高压除砂器等机械装置,并研究了井底四维模拟压力(上覆压、围压、孔隙压和液柱压)的产生、控制及其控制的建模与仿真,从而实现井深至6000米的四维井底压力环境的模拟。此外,文中还对整个装置的调试、性能测试和验证的过程及结果进行了描述。 本文给出的一些结论、曲线及公式,不仅有一定的学术价值,而且对现场工程施工具有重要的指导作用。 第一章在概述全尺寸钻井井底压力模拟试验装置的基本组成、功能及模拟试验工艺流程的基础上,阐述了国内外同类课题研究的发展现状和研究该课题的现实意义。 第二章分析探讨了井底岩石的受力状态以及钻头的工作环境,并依此研究分析了建立该模拟压力环境的机械装置—高压模拟井筒和钻柱高压转联器。 第三章为模拟实际钻井的液柱压力,并为整个模拟钻井装置提供超高压循环钻井液,在借鉴了钻井现场的钻井液循环系统经验的基础上分析研究了钻井液高压循环系统,并配套设计了高压除砂器,以达到净化该系统中钻井液的要求。 第四章分析了建立四维压力的关键部件—伺服溢流阀的静态工况,经过对控制规律研究,实现了可编程控制器PLC与计算机联合控制。 第五章在建立四维井底压力控制系统数学模型的基础上,采用Matlab提供的仿真工具—Simulink,对系统频域特性、时域特性进行了分析,并获得该系统的频域特性曲线、阶跃时间响应曲线等,最终给出仿真结论。 第六章在前述分析研究的基础上,通过对模拟装置的系统调试及性能测试,验证了全尺寸钻井模拟装置的实用性,在钻井模拟条件下对岩石的机械性质、牙轮钻头动态测试给予了具体的分析阐述,同时还分析探讨了 井底压差对油田勘探开发的影 Illb,并且为宋深 101井的实际施工作业提供 了非常有价值的指导参数。 本文内容涉及到钻井、机械、电液伺服控制、流体力学、自动控制等 各5。人的进论和相关技术,为国内t,’i井等行业的同类装置提供了有益经验 和可供借鉴成果,其关键技术的突破,对相关领域的理论、工艺、技术的 发展具有积极推动作用和应用价值。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TH89

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