深水钻井喷射导管钻进机理数值模拟研究

摘要

深水钻井在浅部地层比较松软,海床不稳定,采用喷射下导管技术能很好地解决这些问题.为了深入地了解导管喷射钻进机理从而更好地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数值模拟分析,研究了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.随着排量的增加,土体的最大应力出现在射流冲击的井底边缘,最大应力值也相应增大,且井底变形程度增大.随着排量增加,最大位移发生在井底射流接触的环形内侧,最大位移也相应增大.最优的喷射排量要综合考虑排量对钻速的影响,排量对携岩能力的影响,排量对导管承载力的影响三个方面.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一定意义.