發(fā)布時間：2021-04-17 05:26

　　鉆頭的水力結構會影響井底清潔程度和切削齒的冷卻效果,進而影響鉆頭的鉆進效率和鉆頭壽命。通過研究鉆頭的井底流場,可以優(yōu)化鉆頭的水力結構,使鉆井液攜帶巖屑、輔助破巖的作用得到更好的發(fā)揮,使鉆頭獲得更好的鉆進性能�，F(xiàn)今大多學者對PDC鉆頭、牙輪鉆頭、混合鉆頭的非旋轉流場進行了研究,但對其旋轉流場研究較少。針對以上問題,此次應用Fluent對這三種鉆頭的井底旋轉流場進行了數(shù)值模擬仿真。依據(jù)仿真結果對鉆頭的噴嘴位置、噴嘴數(shù)量、噴嘴尺寸、噴嘴方向進行了改進。研究結果表明:PDC鉆頭3中心噴嘴垂直—3外圍噴嘴向外井底流場較好;牙輪鉆頭3噴嘴向外井底流場較好;混合鉆頭4噴嘴改進井底流場較好。針對改進后的鉆頭研究了不同入口壓力對鉆頭流場的影響。研究結果表明,隨著入口壓力的增大,巖屑運移路徑上的壓力幅值與壓力波動變大,壓力幅值較大有利于巖屑的運移。最終利用DPM模型研究了巖屑在三種鉆頭流場內(nèi)的運移軌跡及分布狀況。 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術路線

第二章鉆頭流場理論9雖然高壓水射流會擴展井巖石的裂縫，并對井底巖石進行沖蝕，但是由于水射流水力能量的限制，巖石不能被直接破碎，因此水力破巖只能作為輔助作用輔助鉆頭機械破巖。2.2流體的運動狀態(tài)PDC鉆頭、牙輪鉆頭、混合鉆頭形狀復雜，流體速度較高，高速流體在井底形成了復雜的流常根據(jù)流場內(nèi)流體運動狀態(tài)，可將流體運動大致分為射流、漫流、渦旋。2.2.1噴嘴射流射流是指在一定形狀和一定尺寸的噴嘴內(nèi)，由于噴嘴內(nèi)的壓力較大，流體噴射形成的高速射流。若高壓流體的射流不受壁面、空間等因素的限制，稱為自由射流，反之稱為非自由射流。當射流射入空氣與液體中時，分別稱為非淹沒射流和淹沒射流。由于井底壁面的限制，且井底始終充滿著的液體，因此井底的這種射流稱為淹沒非自由射流。當周圍淹沒液體靜止時，射流流動與周圍淹沒靜止液體存在一個交界面，且在此交界面上流體速度為零。當周圍淹沒液體非靜止時，此運動狀態(tài)稱為伴隨射流。依據(jù)射流運動的速度分布可得到射流結構示意圖，如圖2-1所示。圖2-1顯示速度為0V的流體噴射至速度為SV的流體中的速度分布。圖2-1射流結構示意圖

第二章鉆頭流場理論11圖2-23噴嘴鉆頭井底漫流2.2.3渦旋渦旋是井底流場最為常見的一種運動狀態(tài)，它是流體與流體微團的旋轉運動。井底存在的大尺度渦旋，運動狀態(tài)規(guī)則，可用肉眼發(fā)現(xiàn)。井底壁面附近存在的小尺度渦旋，不可以用肉眼發(fā)現(xiàn)。小尺度渦旋是由于垂直于壁面方向存在較大的速度梯度，在粘性力的作用下使流體剪切形成的。然而，井底存在的大多渦旋是由于井底流場的湍流運動形成的，且渦旋尺寸不同。渦旋常常存在于井底形狀復雜的位置，可卷吸井底巖屑，但不利于巖屑排出。(a)大尺度渦旋(b)近壁面(c)湍流運動渦旋圖2-3渦旋

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]高壓噴射鉆井井底流場模擬[D]. 李軒.西南石油大學 2016
[4]高含硫氣藏地層硫沉積規(guī)律研究[D]. 李周.西南石油大學 2016
[5]水平井PDC鉆頭水力學研究[D]. 史吉輝.中國石油大學 2010
[6]異形牙輪單牙輪鉆頭運動和流場分析[D]. 盛友萍.西南石油學院 2002



本文編號：3142892