水平井PDC鉆頭作為鉆井工程中一個重要的工具,被廣泛地運用于深層頁巖氣水平井的開發(fā)中,如何在泥頁巖地層中高效鉆進的同時達到最佳的井底清巖效果就對水平井PDC鉆頭的水力結構提出了要求。利用數(shù)值模擬仿真技術,研究水平井PDC鉆頭井底流場中巖屑運移的情況,可以協(xié)助和指導鉆頭水力結構的設計�，F(xiàn)有的數(shù)值模擬方法多采用單相流和拉格朗日粒子樣本追蹤的方法,并未考慮高鉆速情況下大量的巖屑與鉆井液的雙向耦合作用以及巖屑的大小和力學行為,存在一定的局限和不足�；谝陨峡紤],本文采用了 CFD-DEM(計算流體力學-離散元)耦合技術,針對高巖屑量情況下水平井PDC鉆頭的井底流場進行了巖屑運移的數(shù)值模擬研究。主要的研究工作有如下各方面:(1)以CFD-DEM耦合理論為基礎,建立了考慮重力和旋轉的水平井PDC鉆頭井底流場液固雙向耦合的基本理論和數(shù)值模擬計算模型。(2)利用CAD軟件建立井底三維流場模型,根據(jù)巖石切削量仿真理論提取各切削齒產(chǎn)生的初始巖屑量以及巖屑的初始運動速度和方向。(3)建立CFD-DEM耦合的水平井PDC鉆頭井底流場數(shù)值模擬研究方法;使用多面體網(wǎng)格劃分技術進行計算模型的網(wǎng)格無關性驗證;在不同條件下采用軌跡跟蹤的方式對模擬結果中鉆井液運動和巖屑運移進行分析研究;提出利用巖屑滯留量和巖屑運移比作為水平井PDC鉆頭井底流場攜巖性能的兩個評價指標。(4)針對水平井PDC鉆頭,依據(jù)評價指標分析對比鉆頭流道形狀、噴嘴數(shù)量、噴嘴大小、噴嘴排布對鉆頭井底流場巖屑運移的影響研究,并提出水力結構的設計建議,現(xiàn)場結果表明,采納設計建議后的水平井PDC鉆頭性能表現(xiàn)較好。本論文的研究成果豐富和發(fā)展了水平井PDC鉆頭井底流場的數(shù)值模擬研究方法,對進一步了解井底巖屑的運移狀態(tài)和改進鉆頭水力結構具有工程實際意義。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE921.1
【部分圖文】：

三種邊界層計算模型的網(wǎng)格

單顆切削齒切削巖石產(chǎn)生的巖屑帶

HertzMindlin無滑移接觸�；�

【參考文獻】

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本文編號：2827256