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气体钻井低温破岩机理分析
  • ISSN号:1000-4548
  • 期刊名称:《岩土工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU431[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]中国石油大学北京石油工程学院,北京102249, [2]北京工业大学,北京100124
  • 相关基金:国家自然科学基金面上项目(51274220)
中文摘要:

气体钻井有着较高的机械钻速在很大程度上归因于钻头水眼处的焦耳–汤姆森低温效应。这种效应对井底岩石产生了热冲击应力,使得井底岩石的强度降低,进而促进了机械破岩的作用。首先建立了非对称冷却条件下井底岩石的温度场的分布模型,并以此建立了井底岩石三维动态热应力分布模型,对气体钻井井底热冲击应力进行了深入的剖析。其次,通过莫尔–库仑准则,对岩石的黏聚力变化进行了分析,得出随着冷却时间的加长,岩石强度迅速降低,有利于岩石的破坏。最后,为验证理论模型,对砂岩岩样进行液氮冷却试验,并对其进行声波实时测量,声波的首波波幅也有明显的延迟,说明冷却处理对岩心内部结构产生了很大影响。

英文摘要:

The factors contributingtohigh penetration rate of gas drilling are complex.The isentropic flowis generated when gas passes through bit nozzle during gas drilling. This phenomenon will lead to cryogenic effects, and then the resulted thermal shock stress at bottom hole rockwill reduce the rock strength, contributing to the role of the rock failure. First,amodelforthe temperature distribution of bottom hole rock under asymmetric coolingis established. The three-dimensional dynamic thermal shock stress distribution modelis established based on the temperature field. Then, the change of the rock cohesionis analyzed by using the Mohr-Coulomb criterion. The results demonstrate that as the temperature decreases, the strength of rock is greatly reduced, resulting in increased ROP.Finallythe liquid nitrogen cooling tests andreal-time measurements of acoustic wavesare conducted to verify the above theory. Thefirst wave amplitude hasa dramatic delay, which illustrates thatthe cooling has an important impact on the internal structureofrock.The mechanism of rock failure under dynamic low temperature in gas drilling isclearly depicted.

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期刊信息
  • 《岩土工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国水利学会 中国土木工程学会 中国力学学会 中国建筑学会 中国水力发电工程学会 中国振动工程学会
  • 主编:蔡正银
  • 地址:南京虎踞关34号
  • 邮编:210024
  • 邮箱:ge@nhri.cn
  • 电话:025-85829553 85829534
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4548
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1124/TU
  • 邮发代号:28-62
  • 获奖情况:
  • 中国科协二等奖,江苏省首届优秀期刊奖,连续三次被评为核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:54826