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粒子冲击钻井系统中粒子分离回收规律的试验研究及分析

作　者: 王亦逍
导　师: 张杨
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 粒子冲击钻井 分离效率 振动筛 磁选机 量纲分析 损失率
分类号: TE21
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
引　用: 1次
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内容摘要


粒子冲击钻井技术是近年来石油钻井领域发展的新型技术,因为其使用寿命长,钻速快,作业周期短等特点引起了国内外石油工作者的广泛关注。其中钢质粒子(以下简称“粒子”)的分离回收是该技术中的重要问题之一。由于在粒子回收分离过程中粒子会有部分损失,为了使得粒子总数保持稳定不影响工作效率,就必需要了解粒子的损失规律。本文通过小模型试验研究分离系统的工作规律,分析粒子损失率与粘度、流量、粒子与岩屑比例等多种物理参数之间的规律。本文还运用量纲分析的方法建立数学模型,描述粒子损失率与各影响因素之间的关系。本文针对粒子冲击钻井分离系统中的振动筛分和磁性分离两个环节分别进行了试验研究。对于粒子冲击钻井分离系统中的振动筛分部分,将混合有粒子与岩屑粒子(以下简称“岩屑”)的钻井液通过振动筛。同时测定试验中钻井液粘度、流速、密度、最大静切力、粒子与岩屑的质量比以及粒子与岩屑加入速度等众多参量,试验观测各项参数同粒子损失率的关系。并利用量纲分析得出具体的粒子损失率与多种物理参数的无量纲方程。试验研究发现影响粒子损失的因素主要有钻井液粘度、流速以及粒子与岩屑的质量比,并且损失率随着这些因素的增大而增大。对于粒子冲击钻井分离系统中的磁性分离部分,利用粒子材料的磁性与非磁性岩屑的特性进行分离,试验将粒子与岩屑构成的混合粒子通过磁选机,同时测定磁选机磁辊转速,磁辊直径,磁辊宽度,磁场磁感应强度,粒子与岩屑的质量比,粒子与岩屑加入速度等众多参量,以及钢制粒子的损失率。并通过量纲分析得出反映粒子损失影响规律的量纲方程。试验研究发现影响粒子损失的因素主要是粒子与岩屑的质量比,并且损失率随着粒子与岩屑的质量比的增大而增大将筛分和磁选两个环节的粒子损失率的表达式联合使用,便得出了系统粒子损失率表达式。本课题的研究在国内尚属首次,相关结果对于粒子冲击钻井系统中粒子的补充速度有较好的借鉴价值。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-29
  1.1 课题研究的背景及问题的提出  15-24
    1.1.1 粒子冲击钻井技术诞生背景  15-16
    1.1.2 粒子冲击钻井技术简述  16-17
    1.1.3 粒子冲击钻井中粒子回收分离系统工作原理  17-19
    1.1.4 国内外粒子冲击钻井技术研究现状  19-23
    1.1.5 本课题的提出  23-24
  1.2 钻井液中的粒子分离方法及相关设备的研究成果  24-26
    1.2.1 钻井液固相控制技术  24-25
    1.2.2 钻井系统中的钻井液固液分离系统  25-26
  1.3 本课题的目的和意义  26
  1.4 本课题研究的主要内容  26-29
第二章 粒子冲击钻井中钻井液的分析  29-39
  2.1 决定钻井液配方的因素  29-31
    2.1.1 钻井液的特性  30
    2.1.2 钻井液类型及选择  30-31
  2.2 钻井液携带粒子能力的计算  31-34
  2.3 粒子冲击钻井用钻井液的基本配方的确定  34-38
    2.3.1 钻井液配方的选择  34-37
    2.3.2 钻井液配方的验算  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 试验台的设计搭建和试验方案的确定  39-51
  3.1 试验目的  39
  3.2 试验方案的确定  39-43
    3.2.1 粒子与岩屑比例的确定  39-40
    3.2.2 岩屑和粒子粒径的确定  40-41
    3.2.3 试验流程  41-43
  3.3 试验台的建立和相关设备的确定和选型  43-48
    3.3.1 振动筛种类、规格和振动模式的确定  44-46
    3.3.2 磁选机种类、磁选能力和规格的确定  46-48
  3.4 渣浆泵的选择  48
  3.5 本章小结  48-51
第四章 振动筛筛分过程中粒子损失率量纲分析数学模型的建立及试验分析  51-69
  4.1 量纲分析的理论基础  51-52
  4.2 振动筛筛分过程中粒子损失率模型中的量纲分析  52
  4.3 结果分析与讨论  52-67
    4.3.1 钻井液粘度和钻井液静切力  53-55
    4.3.2 钻井液密度  55-56
    4.3.3 数据表和图的分析  56-67
  4.4 本章小结  67-69
第五章 磁选机分离粒子损失率量纲分析数学模型的建立及试验分析  69-79
  5.1 试验流程  69-70
  5.2 磁选机分离粒子损失率模型中的量纲分析  70-71
  5.3 数据表和图的分析  71-77
  5.4 本章小结  77-79
第六章 结论与展望  79-81
  6.1 结论  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-85
致谢  85-87
研究成果及发表的学术论文  87-89
作者和导师简介  89

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