發(fā)布時(shí)間：2020-09-26 17:19

　　 水平井PDC鉆頭作為鉆井工程中一個(gè)重要的工具,被廣泛地運(yùn)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(jìn)的同時(shí)達(dá)到最佳的井底清巖效果就對(duì)水平井PDC鉆頭的水力結(jié)構(gòu)提出了要求。利用數(shù)值模擬仿真技術(shù),研究水平井PDC鉆頭井底流場中巖屑運(yùn)移的情況,可以協(xié)助和指導(dǎo)鉆頭水力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)�，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(xué)行為,存在一定的局限和不足�；谝陨峡紤],本文采用了 CFD-DEM(計(jì)算流體力學(xué)-離散元)耦合技術(shù),針對(duì)高巖屑量情況下水平井PDC鉆頭的井底流場進(jìn)行了巖屑運(yùn)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(chǔ),建立了考慮重力和旋轉(zhuǎn)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(jì)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(yùn)動(dòng)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(shù)進(jìn)行計(jì)算模型的網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證;在不同條件下采用軌跡跟蹤的方式對(duì)模擬結(jié)果中鉆井液運(yùn)動(dòng)和巖屑運(yùn)移進(jìn)行分析研究;提出利用巖屑滯留量和巖屑運(yùn)移比作為水平井PDC鉆頭井底流場攜巖性能的兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。(4)針對(duì)水平井PDC鉆頭,依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析對(duì)比鉆頭流道形狀、噴嘴數(shù)量、噴嘴大小、噴嘴排布對(duì)鉆頭井底流場巖屑運(yùn)移的影響研究,并提出水力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建議,現(xiàn)場結(jié)果表明,采納設(shè)計(jì)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(duì)進(jìn)一步了解井底巖屑的運(yùn)移狀態(tài)和改進(jìn)鉆頭水力結(jié)構(gòu)具有工程實(shí)際意義。
【學(xué)位單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE921.1
【部分圖文】：

三種邊界層計(jì)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2827256