基于EDEM-Fluent耦合的激光机械钻头井底流场与排屑性能研究

作     者：李琴 雷雨薇 孙浩翔 代茂林 陈科 LI Qin;LEI Yuwei;SUN Haoxiang;DAI Maolin;CHEN Ke

作者机构：西南石油大学机电工程学院四川成都610500 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51974272) 四川省科技创新苗子工程项目(2022035) 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2023年第30卷第4期

页      码：521-530页

摘      要：激光机械钻头是一种新型破岩装备,适用于超深层油气资源的开发。在钻进过程中,先利用激光对岩石进行辐射,使得机械钻头能够快速破岩,但同时会产生大量岩屑。若激光机械钻头的排屑性能不佳,则会导致二次钻井以及钻头磨损加剧,而钻头起下钻频繁会严重影响钻井效率。为此,以提高激光机械钻头排屑性能为目标,建立了激光机械钻头三维模型,利用EDEM-Fluent耦合方法对其排屑过程进行了数值模拟;同时,通过对激光机械钻头井底流场的分析,提出了排屑性能指标,并采用正交试验法对其流道倾角、流道直径以及激光通道宽度进行了优化,从而改进了其井底流场和排屑性能。结果表明:优化后激光机械钻头的流道倾角为17°,流道直径为10 mm,激光通道宽度为5 mm;井底低速区面积占比为11.07%,下降了26.19个百分点;井底径向漫流速度为27.93 m/s,提高了61.54%;环空岩屑运移速度为8.97 m/s,提高了46.57%;平均岩屑滞留量减少了46.38%,平均岩屑堆积量减少了59.43%。综上,优化后激光机械钻头的排屑性能得到了有效提升。研究结果可为激光机械钻头水力结构的设计提供数据参考。

主 题 词：激光机械钻头 EDEM-Fluent耦合 水力结构 井底流场 排屑性能 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 082001[082001] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.047

馆 藏 号：203123324...