潞安矿区钻孔井壁稳定参数优化设计与软件开发

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1、致谢本论文是在曹丽文教授的悉心指导下完成的，没有曹丽文导师的指导、鼓励及资金上的大力支持，论文是不可能得以顺利完成的。师从三载，收获颇丰，感触亦深。曹老师优秀的做人品质，严谨踏实的治学态度，细致耐心、平易近人的工作作风，忘我的工作精神给学生树立起潜移默化的典范作用，让我受益匪浅。这也是导师传授给学生最宝贵的财富。在此，谨向我的导师致以深深的敬意。感谢姜振泉教授、隋旺华教授、李文平教授、董青红教授、杨伟峰教授、吴圣林副教授、李巨龙副教授、鞠远江副教授、朱术云副教授、乔伟副教授、朴春德副教授、孙强副教授、李小琴老师和于庆老师在研究生求学期间的教导与帮助，感谢张改玲高级工程师、于宗仁高级工程师、高贺

2、凤高级工程师实验过程中的指导和帮助，感谢赵小敏博士、王勇博士、钱自卫博士、孙曌硕士、霍攀硕士和屈学硕士在实验测试、软件编程及论文写作过程中给予的指导和帮助。感谢我的家人和朋友，他们一直以来的关心、支持和鼓励，是我不断努力前进的动力。万方数据摘要在保证钻孔井壁稳定性的基础上，提高钻速，降低钻井成本，是钻探生产实践中的合理要求和工作目标。潞安矿区钻孔井壁失稳漏失现象分布广泛，严重影响钻进效率，是潞安矿区煤田钻探生产实践中急需解决的工程难题。因此，揭示失稳漏失机理，优化钻井液密度和钻井工艺，并开发以井壁稳定为前提的钻井工艺参数软件，对于提高钻探工程效益具有现实和长远意义。论文以潞安矿区钻井工程实践为

3、基础，以直井井壁稳定性研究为着眼点，以钻井液液柱压力、上覆地层压力、孔隙水压力、最大水平主应力和最小水平主应力等叠加作用对井壁稳定性的影响为切入点，通过对井壁稳定性进行弹性力学分析，确定井壁的坍塌和破裂的临界钻井液密度，进而确定井壁稳定的安全钻井液密度范围。论文通过两种方式进行钻井工艺优化设计。第一，在确定水力参数优选目标的基础上，对钻井每个井段所采取的钻井泵工作参数（泵压、泵功率和排量）、钻头和射流水力参数（喷嘴直径、钻头压降、钻头水功率、循环压降、冲击力和喷射速度）进行优化和设计；第二，明确钻进参数优化组合（钻压、钻速和最优磨损量）的涵义，并以钻进参数优化组合为研究对象，引入以钻井成本最低

4、为控制目标约束条件，设计了钻进参数优化模型，并采用遗传算法对该模型进行优化求解，完成对钻压等钻进参数的优化和设计。在安全钻井液密度和优化钻井工艺参数的基础上，设计相应的Access数据表，开发研制出“潞安矿区钻孔井壁稳定参数优化设计”计算机程序。软件包括钻井液密度窗口预测、钻井工艺设计、数据库管理、用户管理及帮助模块，通过主窗体、直井钻井液密度窗体、水力参数优化设计窗体、钻进参数优化设计窗体，操作实现3个基本功能：（1）钻井液密度随深度变化的范围预测；（2）以各井段排量、钻头直径和循环压耗为主的钻井液水力参数优化；（3）以钻压、钻速、钻头牙齿磨损量为主的钻进参数的优化设计以及窗体交互查询、修改

5、数据和备份等辅助功能。运用潞安矿区钻井实际数据或者其他钻井资料，调用“潞安矿区钻孔井壁稳定参数优化设计”计算机后台程序，进行动态计算，实现钻孔井壁稳定参数的优化设计。通过对潞安矿区常村井田67井各地层井壁稳定参数的计算分析，表明“潞安矿区钻孔井壁稳定参数优化设计”的设计结果具有较高的精确性。“潞安矿区钻孔井壁稳定参数优化设计”软件通过开放式的交互平台，与用户经验有效结合，初步解决了井壁稳定性复杂因素综合分析和参数优化计算，可以安全、快速帮助钻探工作达到井壁稳定性参数优化设计的目的。为钻探工程现场提供高效的计算平台。该论文有图30副，表12个，参考文献113篇。关键词：井壁稳定性；钻井液密度；钻

6、井工艺；软件开发；优化设计I万方数据AbstractEnsuringthestabilityofboreholewall,increasingdrillingspeedanddecliningdrillingcostarethereasonabledemandsandgoalsinthedrillingproductionpractice.BoreholewallleakageisawidespreadinstabilityboreholewallinLu'anmine,anditisanengineeringproblemtobesolvedurgentlyincoalfielddrilli

7、ngproductionpractice,whichcanaffectthedrillingefficiencygreatly.Consequently,suchresearchasinstabilityleakagemechanism,theoptimizationofdrillingtechnologyanddrillingfluiddensity,aswellasthesoftwaredev