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文章运用CAD软件Pro/E,对Φ152.4 mm球形单牙轮钻头的几种喷嘴组合所形成的井底流场建立了3 D模型，并应用软件ANSYS对流场模型进行分析。研究了喷嘴的结构参数对井底流速、井底压降的影响。提出了井底流场效果的评判：①较高的井底压降；②较小的涡旋；③较大上返速度。从多种喷嘴组合中找出能够形成最好净化井底流场的喷嘴组合。指出在其它条件不变的情况下，上、下喷嘴直径比为0.5时，井底流速和井底压力降最大；而当上、下喷嘴直径比不变，L=75 mm时，井底流速和井底压力降最大。建议在单牙轮钻头水力系统设计时上、下喷嘴直径保持上小下大，直径比0.50左右，L取75 mm左右时可以获得较大的井底流速、井底压力降以及较小的井底涡旋；喷嘴出口处的设计时尽量做到圆滑过渡。     

反循环空气钻井钻头结构设计及其流场分析

针对伊朗某油田的复杂地层,提出了反循环空气钻井工艺和钻头结构。采用Po/E参数化设计软件和Phoenics CFD计算流体力学软件,对660.4mm(26英寸)反循环钻头的井底流场进行了计算机仿真模拟分析。研究分析结果表明,660.4mm(26英寸)反循环钻头入口空气流量为100m~3/min时,井底流体流速为清洗岩屑所需流速的2倍多,足以清洗井底岩屑但效率较低;当入口空气流量为50m~3/min时,仍然具有清洗井底岩屑的能力,且提高了效率。研究结果为反循环钻头的结构优化设计提供了依据。     

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。     

关于PDC钻头形态设计的探讨

针对原有PDC钻头井底流场存在局部流速过大而对钻头表面造成破坏 ,局部流速过小容易产生泥包的问题 ,对原有钻头做如下结构改进 :增加大胫板的长度 ;降低胫板的高度和减小宽度 ;增加小胫板的数量 ,同时减小水槽截面积。对改进的钻头结构建立井底流动模型 ,并进行数值模拟。分析改进结构的流场表明 ,新结构钻头井底流场分布更合理 ,减少了流体对钻头中心区的直接冲蚀 ,有利于延长钻头寿命 ;合理降低切削齿高度后 ,加大了井底漫流区面积 ,提高了切削效率。     

超高压射流辅助钻井技术研究进展

超高压射流辅助机械破岩钻井是提高深井钻井速度的一项前沿技术，关键技术包括井下增压器、超高压射流辅助破岩机理和钻头、超高压射流钻井参数和工艺等。主要介绍了超高压射流破岩机理、井底流场和辅助破岩钻头研究进展，在此基础上提出了超高压水射流辅助钻井技术的研究方向。     

PDC钻头刀翼优化设计研究

Φ76三翼PDC钻头在钻井试验中,钻进速率有了明显的提高,但也有堵塞喷嘴、排屑不畅等情况发生,影响了钻井效率的提高。基于PDC钻头理论和计算流体力学原理,对钻头刀翼形状进行优化,设计出新钻头,并运用Fluent软件进行井底流场模拟分析,得到刀翼形状对井底清洗的影响规律。提升了钻头的井底清洗返屑能力,提高了Φ76三翼PDC钻头的性能。     

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。      

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。     

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。     

基于CFX的PDC钻头水力结构优化方法研究

应用CFD仿真软件CFX对PDC钻头的井底流场进行了模拟,并对该流场进行了流道流量分配及压力、速度等方面的分析,结果表明现有钻头模型水力结构存在一定的缺陷。根据PDC钻头水力结构优化原则,对现有钻头模型喷嘴的位置、喷射角度进行了调整,并将调整后的PDC钻头井底流场与原始钻头模型的井底流场进行了对比。结果表明,调整后PDC钻头的井底流场已经得到明显的改善。     

牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。     

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。     

新型PDC钻头井底流场数值模拟与优化

为了提高在某些硬岩和研磨性地层钻进效率,减少井底岩屑堆积,基于传统PDC(聚晶金刚石复合片)钻头进行了结构调整,无中心喷嘴,设置三个轴向夹角为20°的斜喷嘴孔,改变六刀翼分布。利用数值模拟分析方法,采用SST k-ω模型,对PDC钻头射流流场特性进行研究,分别对井底、喷嘴、刀翼表面射流流速和压力梯度进行了数值分析。在此基础上,对其水利参数再次优化,并对不同参数的PDC钻头井底流场进行分析对比。结果表明,钻头喷嘴直径越小,直射点速度越大,越利于破岩,但水力能量过于集中,高速漫流无法充分覆盖井底,不利于清洗岩屑;轴向夹角度数在20°～30°时,钻头喷嘴轴向夹角度数变大,直射点速度变化不大,但钻头肩部涡旋减少,上返区域速度提高,有利于岩屑快速排出井底,刀翼表面不易产生泥包;当钻头喷嘴直径在24～28 mm,喷嘴轴向夹角度数在25°～30°时,该PDC钻头水力情况最佳。     

粒子冲击钻井钻头喷嘴流场数值模拟研究

为了考察粒子冲击钻井过程中,粒子流经钻头喷嘴的加速过程和流场分布规律,应用Fluent对粒子进入喷嘴后的流动进行数值模拟研究。运用标准κ-ε双方程模型,对双锥度喷嘴粒子射流流场进行仿真模拟,分析了射流压力、围压、粒子直径和粒子质量浓度等因素对粒子射流流场的影响。结果表明,粒子射流加速主要发生在喷嘴收缩段,在等速核前缘速度达到最大。粒子喷射速度和单位时间内通过喷嘴的粒子动能随射流压力增大而增加;粒子浓度越大,单位时间内通过喷嘴的粒子动能越大,破岩效率升高,但粒子浓度过大会导致其流动性差,反而不利于破岩。因此,粒子浓度对其冲击破岩效率的影响主要取决于破岩过程中哪种因素起主要作用。     

PDC钻头旋转流场与非旋转流场的模拟对比研究

在钻井过程中,当地层较软且含有大量黏度较高的物质时,如果不能及时排出岩屑,容易产生泥包,从而降低钻头钻速。对PDC钻头的旋转流场与非旋转流场进行数值模拟仿真,并通过DPM模型模拟岩屑在井底的运移。研究表明:岩屑的运移轨迹在旋转流场与非旋转流场的环空部位存在明显差异;旋转流场岩屑侵蚀刀翼背部较多,非旋转流场岩屑侵蚀齿面较多;刀翼冠部区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较小,刀翼内锥区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较大。     

苏里格气田PDC钻头的优选与应用

针对苏里格气田目的层深、地层老、可钻性差,常规钻井钻速慢、牙轮钻头很难提高钻速等实际问题,对苏里格气田的岩石可钻性和钻头选型进行了研究,建立了 岩石可钻性剖面图和钻头选型剖面图;优选了适合苏里格气田钻井的PDC钻头;通过现场试验,大幅度提高了苏里格气田的钻井速度,取得了显著的效果。     

气体反循环钻井技术发展现状

气体钻井技术与常规钻井相比在发现与保护储层、减少钻井工程复杂和极大地提高钻井速度等方面表现出明显优势,但是气体钻井设备投资大、占地多、运行能耗高也限制了其广泛应用的范围。而气体反循环钻井具有消除了井漏复杂、降低了对动力和钻井液的需求量,能完全回收未受污染的钻屑或连续取心、降低地层污染,以及更好、更及时地发现产层、减少地层产液对钻探工艺的影响等许多优点。气体全井反循环钻井技术在找矿系统、水井、水文地质以及大井径工程施工的钻探中广泛应用。文章介绍了国内外反循环钻井工艺及工具技术的发展现状,为该技术引进并更好地在石油工业中发挥效益提供重要参考。     

连续循环系统压力腔流场数值模拟分析

利用CFD软件建立了连续循环系统主机压力腔内部流场数值模型,对不同因素引起的压力腔内部流场变化和扰动进行了分析和比较。在泥浆循环流量达到3000 L/min时的计算结果表明：压力腔内的泥浆对接头螺纹的冲刷作用明显,最大冲刷速度接近10 m/s;当闸板关闭时,泥浆对闸板下端面的最大冲刷速度可达到8 m/s;当闸板和钻杆运动速度控制在合适范围时,因流域形状改变引起的压力变化幅度约为0.05 MPa,不会引起明显的压力扰动;钻杆水眼尺寸越大,通流能力越强,部件运动引起的流场扰动越小。上述分析结果为优化压力腔内结构设计以及闸板和钻杆运动控制等提供了依据。     

旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究

为了揭示钻井液在旋转钻柱内的流动特性,采用数值模拟方法建立了旋转钻柱内赫巴流体的流动模型。研究了钻柱的旋转速度、轴向流速及密度的变化对钻柱内螺旋流场的影响,并给出了合理的解释。通过分析得出旋转钻柱内赫巴流体的流动由于其表观黏度的单峰分布特性,使得螺旋流场减弱了流体质点在各方向上的随机脉动趋势,并增强了流场旋流的整体趋势。该项研究成果对于钻柱内考虑旋转效应流场钻井液流动的深入研究具有指导意义。