针对气体钻井钻具频繁失效问题,通过现场调研、理论分析,确定主要影响因素是振动、摩擦、冲蚀等。开展了钻具与井壁碰撞摩擦实验,发现气体钻井中的碰撞强度和摩擦强度均高于泥浆钻井工况。综合考虑钻柱纵横扭耦合振动,建立了气体钻井全井段钻柱系统动力学模型,研究了全井钻柱系统动力学特性的数值仿真方法。分析了气体钻井钻柱的振动特性,从减振抑振角度提出了空气锤钻井工艺和采用减振减阻工具两种振动控制方法,对比分析表明两种控制方法减振抑振效果明显,不仅能够有效减弱气体钻井中下部钻柱的振动强度,而且使上部钻柱的动态应力也大大降低。基于气固两相流和冲蚀理论,借助钻杆冲蚀实验数据,研究了钻杆偏心、井径扩大、注气量和钻速等对岩屑粒子运移规律和钻杆冲蚀特性的影响。研究表明,岩屑对接头下坡面冲蚀比较严重;偏心越严重、井径扩大越大、机械钻速越大,局部冲蚀速率峰值增速越大; 在常用范围内注气量对钻杆冲蚀的影响很小。设计了一种避免稳定器处发生沉屑卡钻或减少其发生几率气体钻井专用稳定器,研究了结构参数对稳定器工作性能的影响,提出了稳定器工作性能优劣的评价指标。提出的评价方法和研究结论可指导其它规格气体钻井稳定器的设计。
英文主题词as drilling; failure; vibration; erosion; collision and friction