旋转钻头射流方式对井底流场影响的数值剖析

为研究射流方式对旋转钻头井底流场的影响,对三维、旋转、非对称布置多个喷嘴的钻头进行了多种射流方式的数值对比模拟,并进行了详细的数据分析和讨论。模拟结果表明,射流方式对漫流层厚度影响不大但对井底的清岩能力有明显影响,同角度倾斜射流产生的井底结构在计算范围内比其它射流方式要好。     

潜孔钻头井底流场数值模拟研究

以QF—Ⅱ型潜孔钻头为原型,充分考虑排屑槽和切削齿对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场模型,采用计算流体力学软件Fluent对钻头井底流场进行了数值模拟研究。分析认为,该潜孔钻头导致井底流场分布不合理的原因在于喷嘴安放位置太靠近钻头边缘。随后对喷嘴位置向钻头中心靠拢后的改型钻头进行了井底流场分析,认为喷嘴位置向钻头中心靠拢,有助于提高井底流场的清岩能力,减小井底流场对井壁的冲蚀破坏程度,为合理进行潜孔钻头的结构设计提供了理论依据。     

非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟

全面考虑三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素,对垂直和倾斜射流分别进行了数值模拟,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据。布置了非对称分布的4个喷嘴射流,明显地改善了井底流动状况。喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力,彻底清除滞流或回流。但须注意在钻头表面上布齿时要避开涡,以减少流体对齿的冲蚀.     

非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟

全面考虑三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素,对垂直和倾斜射流分别进行了数值模拟,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据。布置了非对称分布的4个喷嘴射流,明显地改善了井底流动状况。喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力,彻底清除滞流或回流。但须注意在钻头表面上布齿时要避开涡,以减少流体对齿的冲蚀.     

PDC取心钻头井底流场的数值模拟研究

以一种现场常用的PDC取心钻头为原型，充分考虑排屑槽和切削齿对于井底流动的影响，建立了与实际相接近的PDC取心钻头井底流场的物理模型。运用k—ε两方程模型，采用线性六面体等参单元对取心钻头井底沈动空间进行划分，用有限元方法对井底流场进行了数值模拟研究。分析了排屑槽和切削齿对PTC取心钻头井底漫流的影响，为合理进行取心钻头的结构设计及水力设计提供了依据和校验方法。     

定向喷嘴PDC钻头井底流场特性研究

对PDC钻头水力结构的优化是控制泥包生成和发展的有效手段。基于计算流体力学理论,针对PDC钻头在使用过程易产生泥包的问题,建立了带有侧向射流喷嘴的PDC钻头井底结构的物理模型,采用k?ε双方程模型封闭N?S湍流方程,使用SIMPLEC算法对该条件下的物理模型进行数值模拟计算,并定性研究了井底流场特性及刀翼表面速度、压力分布特征。研究结果表明:侧向射流形成新的射流区,减小了井底漩涡的覆盖面积,对井底清岩能起到积极作用;在侧向射流带动下,刀翼切削面的剪切力、压力梯度增大,利于抑制泥包的成长和冷却刀翼,提高钻头性能。该结论为PDC钻头水力结构的优化提供了新的思路。     

PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟

为提高定向喷嘴PDC钻头清洗井底的效果,最大限度地减少钻头泥包的形成。利用计算流体力学理论和数值模拟方法,建立了定向喷嘴PDC钻头的物理模型,并确定了定向喷嘴PDC钻头的物理模型参数,对定向喷嘴和定向喷嘴PDC钻头的井底流场特性进行了分析。结果表明:在定向喷嘴的结构参数中,双流道的直径组合与侧向流道的倾角是影响流量分配的主要因素,侧孔倾角为45°时,既能满足流量分配的要求,又便于加工;定向喷嘴侧向射流将回流限制在新冲击区的上方,减小了井底漩涡区域,与漫流层的叠加补偿了其能量损失,刀翼切削面处的低速区也变小,对井底清岩起到较好的作用,有利于抑制泥包的形成。定向喷嘴与常规水力结构设计相结合可以在预防和清除PDC钻头泥包方面发挥自身的优势,达到提高机械钻速的目的。      

B9M型金刚石复合片刮刀钻头井底流场研究

以现场应用的B9M型刮刀钻头为原型,建立了与实际相接近的刮刀钻头井底流场物理模型.用计算流体力学软件Fluent将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε二方程模型,对刮刀钻头的井底流场进行了数值模拟研究,发现B9M型刮刀钻头的井底流场分布比较合理,主要表现在井底流场漫流层的有效横扫面积大,井底漫流层速度高,使得刮刀钻头井底流场的清岩能力强,有利于提高钻头的排屑能力.     

空气冲旋钻头井底流场研究现状

开展空气冲旋钻头井底流场研究有利于解决钻井中存在的岩屑难于上返、在井底重复破碎的问题。介绍了空气冲旋钻头井底流场研究的方法、相关研究的主要内容和结论。现有研究对空气冲旋钻头井底流场研究较少,应尽快开展相关研究,推荐使用数值模拟的方式,在条件允许的情况下应积极开展试验研究作为验证,并提供可靠的依据。     

潜孔钻头结构参数与井底流场关系研究

在勘探钻井过程中，QF-Ⅱ型潜孔钻头井底流场分布不合理，存在排屑能力差，对井壁冲蚀破坏严重等缺点，制约了该潜孔钻头在现场的应用。为此，以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型，充分考虑了钻头排屑槽和切削齿对井底流场的影响，建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型。在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型，运用k-ε两方程模型，对钻头喷嘴不同位置、不同直径、不同倾角时的井底流场进行了数值模拟研究。这些结构参数直接影响井底流场分布及流体的排屑能力，在研究中把这些参数作为钻头结构优化设计的重点，找到了钻头喷嘴不同结构参数条件下对井底流场的影响机理，为合理进行潜孔钻头的结构设计及水力设计提供了依据和校验方法。     

喷嘴孔径对PDC钻头井底流场影响的数值分析

根据实际PDC钻头结构．建立了2个不同孔弪四喷嘴PDC钻头模型,研究了喷嘴孔径对井底漫流特性的影响及漫流层高度和最大漫流速度。分析了流场的总体特点．得出了喷嘴孔径对PDC钻头井底流场的各种影响。     

射流式井下增压器数值试验研究

超高压喷射钻井可以大幅提高机械钻速,井下增压器是超高压喷射钻井技术的核心装备。基于计算流体力学相关理论与方法,针对第二代射流式井下增压器,建立了数值试验模型,并基于FLUENT数值模拟软件对第二代射流式井下增压器进行了数值试验。结果表明:第二代射流式井下增压器在增加新流道后,上、下活塞缸之间实现了完全并联,水力特性明显改善;增加旁通阀后,消除了复位冲程节流阀憋压效应,工具压降明显下降。进行了第二代射流式井下增压器下井试验,试验一次成功,工具压降与数值试验结果基本一致,验证了数值试验方法的可行性。      

实体PDC钻头流场数值模拟

为了从微观上分析PDC钻头的流场．从而优化PDC钻头的水力结构设计,利用计算流体动力学技术,对一只实体PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的切削齿和射流喷嘴对流场的影响。流场的网格划分采用局部加密的混合网格形式,保证了计算精度和运算速度的要求。流场的三维模拟结果揭示了钻头的低速区、回流区和滞流区域。为钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。     

基于Fluent的径向水平井旋转射流钻头内外流场数值模拟

运用Fluent软件对径向水平井旋转射流钻头的内外部流场进行数值模拟,提出了利用数值模拟手段计算旋流强度和流量系数的方法。结果表明：流体经导流叶轮加旋后成为强旋流,流经喷嘴收缩段时,速度增加,旋流强度减小,至喷嘴出口时变为弱旋流;叶轮的流量系数小于喷嘴。该分析为旋转射流钻头的结构优化设计和提高破岩效率提供了理论基础。     

井下油管的流动诱导腐蚀数值模拟研究

根据现代流体力学的基本理论建立了流体运动的连续性方程、动量、湍流动能、湍流耗散率的守恒方程以及化学组分的传质守恒方程。根据流动诱导腐蚀的特点,建立了流动诱导腐蚀的数学模型。采用SIMPLE算法求解流动数学模型,用壁函数法计算了管壁附近湍流边界层的流体力学参数,并用VisualBasic6.0编制了计算机程序,对油管腐蚀过程进行了数值模拟。模拟结果表明,在正常生产过程中,油气井油管的中上部腐蚀严重,建议油管防腐工作的重点放在降低中上部油管的腐蚀方面。应用文中方法及求解程序,设计合理的油管直径及组合,可防止或减轻由于腐蚀、冲蚀等对油管造成的严重后果,减少油气井的维护费用,从而取得良好的经济效益。     

井下智能节流器的设计与节流阀流场分析

为了满足智能完井和数字化油气田技术的发展需要,设计了一套适用于远程控制的井下智能节流器。介绍了智能节流器的结构体系和控制机理。通过ANSYS有限元软件对井下智能节流器结构进行了力学分析。采用流场分析方法对节流器的关键位置处流体的压力、速度以及温度场进行了分析。分析结果表明,设计的节流器结构满足要求,能为井下智能节流工艺技术的实施提供设备支撑,对相关智能化井下工具的研发具有参考意义。     

井底脉冲式不对称流场钻井工具的研制及应用

常规钻井作业中井底水力能量利用率较低,水力辅助破岩和清岩能力下降,导致井底岩屑不能及时清理而造成岩屑的重复破碎,甚至形成钻头泥包,使得钻井速度降低。鉴于此,研制了与钻头配套使用的JSXMC型井底脉冲式不对称流场钻井工具。该工具产生的脉冲射流直接通过钻头喷嘴作用于井底,在井底产生不对称流场,不仅具有降低井底压持效应、产生负压脉冲和空化辅助破岩等功能,还具有脉冲效果更强、工具长度短和辅助冲击钻井等特点,从而大幅提高机械钻速。现场应用结果表明:在钻具组合相同和钻进参数基本相同的情况下,该工具的平均机械钻速比邻井提高30%,同时还具有保护钻头的作用。该工具的研制成功可为钻井现场合理有效地利用井底的水力能量并提高机械钻速提供参考。     

水平井PDC钻头井下颗粒流数值模拟研究

针对深层页岩气水平井钻探过程中,岩屑运移效率低导致钻头泥包的问题,采用CFDDEM耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟。研究了不同条件下井底流场岩屑运移情况,提出用岩屑滞留量和岩屑运移比来评价PDC钻头井底流场的携岩性能。研究结果表明:在井底PDC钻头区域,钻井液排量越小,岩屑在钻头心部区域的窜流越明显;钻井液的窜流与流量大小无关,主要与钻头水力结构有关;在环空区域,钻井液排量越小,重力作用越明显,重力是井底出现岩屑床的主要因素;旋转体力可使岩屑从低速流层跃迁到高速流层,从而获取轴向运移动能,随高速钻井液排向出口;钻井液排量和旋转均会影响岩屑滞留量和岩屑运移比。研究结果可为后续水平井PDC钻头携岩问题研究提供参考。