摘要：超高压淹没非自由射流井底流场特性研究是超高压喷射钻头设计的关键技术之一,是延长钻头寿命、提高钻井速度、实现优快钻井的保障。目前关于高低压喷嘴联合作用下的井底流场特性的研究还不完善,文章通过建立井底流场计算域,运用数值模拟手段,在K-ε两方程数学模型基础上计算封闭的N-S方程,对Φ215.9mm三牙轮超高压淹没射流的井底流场进行模拟。随着超高压喷嘴侧倾角从10°减小到8°,超高压射流流体上扬趋势变缓;超高压射流井底流场高低压区分区明显。分析认为超高压喷嘴射流能量大部分集中在高压喷嘴直径范围内,高低压喷嘴射流之间的相互干扰不大;超高压喷嘴射流直射井底与井壁交界处产生的流场特性有利于钻屑的运移和井底的清洗,且其产生的扩径率符合工程要求;喷嘴直径、喷射压力、喷射角度、喷距等对井底流场特性有影响。此方法为延长钻头寿命、提高钻井速度、实现优快钻井提供了保障。

摘要：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流动空间进行划分,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PDC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。

摘要：根据ＰＤＣ钻头的结构特点、破岩原理及现场使用情况，阐明了进行ＰＤＣ钻头井底流场试验研究的必要性和迫切性。结合国外的有关资料，设计出能够进行ＰＤＣ钻头单喷嘴射流特性、井底漫流特性及全尺寸钻头井底液流流动规律试验研究的实验装置。该装置实现了井底流场特性的三维空间测量。

摘要：将三维、旋转、非对称多个喷嘴射流等多种因素全面考虑 ,对旋转钻头井底流场进行了数值模拟 ,并详细分析了井底和钻头间各面上的数据 ,指出井底流场的拓扑结构与单喷嘴旋转射流产生的结构很相近 ;喷嘴倾斜射流能更好地加强井底流体的携带能力 ,有利于清除滞流或回流 ;按本文布置的非对称分布的 4个喷嘴射流相对于对称喷嘴射流 ,能明显改善井底流动 ,对钻头设计有直接指导意义。

摘要：以PDC钻头为模拟对象,充分考虑钻头三维、旋转和喷嘴对称性等因素的影响,借助于CFD软件CFX5.6对近钻头平衡钻井井底的流场进行了模拟分析,并利用软件的后处理方式对井底的速度场分布作了精细的描述。对钻头的设计以及井底流场的真实情况的分析有着重要的指导意义。

摘要：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。

摘要：为达到油井钻进时的最佳排屑效果,运用计算流体力学原理对井底流场数值模拟并对PDC钻头进行三维建模。现场应用表明,通过上述方法优化设计的PDC钻头,可以避免产生泥包和冲蚀现象,提高了钻进速度,取得了良好的生产效益。

摘要：高温射流钻井过程中,高温流体在上返时易引起上部井壁岩石的裂解垮塌和钻柱持续高温,为实现安全高效钻井,提出了通过钻柱侧向注冷水的环空冷却方案,研究了射流速度、射流温度和冷水速度等参数对环空冷却效果的影响。研究结果表明:随着射流速度的增加,环空平均温度对射流速度的变化敏感性越来越弱,同时环空平均温度与射流温度呈线性关系。冷水速度存在某一临界值,该临界值与射流速度和井眼直径等因素有关,当冷水速度大于临界值时,既能够保证高温流体对井底的破岩效果,又可以对环空进行较好地冷却。研究中,临界值为射流速度的70%80%,高温射流与冷却水的临界流量比为0.91,且随井筒尺寸的增加而增大。高温射流破岩的能量利用率高,在深井硬地层中采用非接触式破岩可提高钻井速度。在实际较软地层钻井过程中,两侧冷却条件下的高温射流方案在需要进行扩眼钻进的地层具有一定的适用性。

摘要：针对现有竖井掘进机排渣方式的不足,借鉴大直径竖井钻机的流体洗井排渣方式,提出了一种适用于井筒全断面掘进的流体洗井系统。基于部分假定并结合实际工况,分析确定了流体洗井系统的基本参数和典型参数取值。主要采用FLUENT流体仿真软件,开展了空气洗井流场与排渣效率的数值模拟。首先,对空气洗井系统的基本参数进行了优化:通过单因素数值分析,以排渣管内径向、切向和竖直方向速度分量以及井底流场涡流情况等为评价指标,得到了1组在一定程度上最优的洗井系统参数;通过正交试验分析得到了排渣管内径、射流口角度等参数对井底流场的影响规律:对井底流场影响最大的为排渣管内径,影响最小的为射流口角度和刀盘与井底夹角。其次,进行了气固两相流的洗井排渣数值模拟:把岩屑假定为均匀的球体颗粒,并将其设置为离散相,以累计排出岩屑质量、排出岩屑的质量速率、清渣率和携渣率为评价指标,得到了岩屑粒径、排渣高度和入口空气流量对洗井排渣效果的影响规律:洗井排渣效果与岩屑颗粒粒径呈负相关、与入射口空气流量大致呈正相关,而排渣高度对洗井排渣效果基本没有较大的影响。最后,简要介绍了相似模型试验的验证情况,基于所推导出的相似准则,开展了相似模化设计;利用自行设计加工的模型实验台,完成了几何相似比为1∶20的模型实验。模型实验和数值模拟获得的规律基本相同,表明数值计算结果具有一定的准确性,为后续开展大尺寸模型实验或现场试验研究,提供了理论依据和基础参数。

摘要：对于深井难钻地层采用欠平衡气体钻井技术,可以显著提高机械钻速、延长钻头寿命、减轻地层损害,但现有的欠平衡空气钻井技术存在着井底燃爆风险较大、喷嘴低喷射压力的破岩及携岩效率差等问题。为此,提出了高压CO_(2)气体射流—PDC齿复合破岩技术,并采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟软件与实验室试验相结合的方法,分析了喷嘴直径、喷距、压降对高压CO_(2)射流—PDC齿复合破岩井底流场的影响,进而分析了井底高压CO_(2)射流携岩增强的机理。研究结果表明:(1)提高喷嘴压降和增大喷嘴直径有利于增强射流对岩石的打击效果,增大喷嘴直径还可以增加射流冲击范围;(2)增大喷距会导致高压CO_(2)射流对岩石表面打击力大幅度降低;(3)岩屑的运移轨迹规律在有、无射流切削的情况下差别明显,花岗岩在射流的作用下,切削齿前部的累积岩屑很少,岩屑在射流携带作用下沿切削齿两侧呈扇形向后运移;(4)高压气体射流可以显著提高岩屑的排出,进而提高PDC齿切削效率。结论认为,该研究成果可以指导高压CO_(2)射流—PDC齿复合破岩工具的研制,有助于欠平衡高压气体钻井技术的进一步完善。