PDC钻头防泥包性能数值模拟研究

作     者：陈修平 邹德永 李东杰 娄尔标 Chen Xiuping;Zou Deyong;Li Dongjie;Lou Erbiao

作者机构：中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油华北油田分公司采油工程研究院河北任丘062552 中国石油塔里木油田分公司油气工程研究院新疆库尔勒841000 

基　　金：国家科技重大专项子项目"薄互层水平井导向PDC钻头优化设计及导向特性研究"(编号:05Z12020300)资助 

出 版 物：《石油钻探技术》 (Petroleum Drilling Techniques)

年 卷 期：2015年第43卷第6期

页      码：108-113页

摘      要：为量化研究水力因素对PDC钻头防泥包性能的影响规律,针对现场常用PDC钻头建立了三维流域模型,将岩屑视为从井底面射入流场的球状颗粒,基于CFD离散相模型(DPM)对固相颗粒运动进行追踪,将钻头体DPM边界条件设置为"trap(捕获)",用岩屑颗粒捕获率作为泥包概率的评价参数。数值模拟发现,岩屑颗粒在井底流场中的输运是沿程存在碰撞与反弹的不规则三维运动;当岩屑颗粒粒径小于1.0mm时,其捕获率随粒径增大而减小;当岩屑颗粒粒径大于1.0mm时,其捕获率随粒径增大而增大;喷嘴尺寸从8.0mm增大至16.0mm,岩屑颗粒捕获率逐渐增大;与五喷嘴相比,七喷嘴的岩屑颗粒捕获率更小;相对于不等径喷嘴组合,等径喷嘴组合方式情况下的岩屑颗粒捕获率更小。研究结果表明,岩屑颗粒捕获率随喷嘴尺寸增大呈线性增大,随喷嘴数量增大呈线性减小,随刀翼宽度增大呈线性增大,随刀翼高度增大呈线性减小。基于DPM的钻头井底流场数值模拟为PDC钻头防泥包性能研究提供了新的思路,可以为钻头防泥包设计提供理论指导。

主 题 词：PDC钻头 泥包 数值模拟 离散相模型 

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

D　O　I：10.11911/syztjs.201506020

馆 藏 号：203736261...