摘要
相比传统的泥浆正循环牙轮钻进技术,气动潜孔锤钻井技术不仅在应对各种坚硬地层时表现优越,而且具有防井斜、机械钻速高、保护储层、成井后水量大等优点,已广泛应用于地热水井钻进。气动潜孔锤钻进最大的成本支出是空压机和增压机的租赁费和耗油费,其费用与注气量、气压关系密切。在地层出水量较大情况下,气动潜孔锤由于工作特性无法工作,对注气量、气压有更高的要求。据此建立相应的气动潜孔锤钻进井筒流动模型用于计算最小注气量、气压。本文主要研究工作如下:(1)分析了气动潜孔锤钻井技术的工作原理、技术特性及其在地热深井中的应用问题,总结了钻进参数的控制经验。(2)综合气动潜孔锤钻进正循环流动模型和环空环状流模型,建立地热井气动潜孔锤钻进井筒流动模型并推导了计算最小注气量的方法。利用MATLAB编程后进行模型验证。结果表明:对于流动参数的计算,环状流模型比气动潜孔锤钻进正循环流动模型更接近实际值;最小注气量的计算结果比其他模型更接近地热井实际值,但仍存在一定偏差。(3)结合怀化地热井实例,应用气动潜孔锤钻进井筒流动模型计算了不同地层出水量下的流动参数并分析其影响因素,得到不同地层出水量、环空横截面积、环空水力直径和气水表面张力下井筒压力、液膜厚度和液滴尺寸等流动参数的变化曲线。(4)根据怀化地热井实例的井身结构、气动潜孔锤工作参数和机械钻速,应用气动潜孔锤钻进井筒流动模型,计算不同井深、不同地层出水量对应的最小注气量、气压值并给出相应的空压机和增压机配置需求,研究了钻杆尺寸对最小注气量、气压的影响;针对空气排屑问题,给出岩屑迟到时间的计算方法并进行实例计算,得出结论:利用空气排屑时,岩屑迟到时间与钻杆尺寸和注气量成反相关关系,与释放压力和地层出水量呈正相关关系。