鉆采深層頁(yè)巖氣的水平井段多為泥巖、頁(yè)巖等黏性地層,為提高鉆井效率和減少鉆頭泥包的發(fā)生,必須保證井底巖屑被快速運(yùn)移,這對(duì)PDC（polycrystalline diamond compact,聚晶金剛石復(fù)合片）鉆頭的水力結(jié)構(gòu)提出了要求。為此,基于CFD-DEM（computational fluid dynamics-discrete element method,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)-離散單元法）耦合方法,對(duì)水平井PDC鉆頭井底流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析,并以巖屑滯留量和巖屑運(yùn)移比作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)直徑為152.4 mm的五刀翼PDC鉆頭的流道形狀、噴嘴數(shù)量、噴嘴排布方式及噴嘴直徑等水力結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析。最后,對(duì)水力結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的PDC鉆頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。數(shù)值模擬結(jié)果表明:流道形狀為拋物線型的PDC鉆頭具有更好的攜巖性能;在總噴射面積相同的情況下,PDC鉆頭應(yīng)采用較少數(shù)量的噴嘴;噴嘴等徑排布的PDC鉆頭的攜巖性能優(yōu)于非等徑排布的;在一定范圍內(nèi),適量減小PDC鉆頭噴嘴直徑有利于巖屑運(yùn)移�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,在同區(qū)塊、同地層的多個(gè)水平井段鉆進(jìn)時(shí),水力結(jié)構(gòu)改進(jìn)后PDC鉆頭的鉆井效率更高。研究結(jié)果可為PDC鉆頭結(jié)... 

【文章來(lái)源】：工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào). 2020,27(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

基于CFD-DEM耦合的PDC鉆頭井底流場(chǎng)數(shù)值模擬流程

以水平井中直徑為152.4 mm、含5個(gè)噴嘴且具有后排切削齒的五刀翼PDC鉆頭為例，對(duì)其井底流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。建模時(shí)，對(duì)PDC鉆頭不必要的特征結(jié)構(gòu)（如噴嘴出口）進(jìn)行簡(jiǎn)化。五刀翼PDC鉆頭的三維模型如圖2所示，2個(gè)相鄰刀翼的側(cè)面與鉆頭基體外表面構(gòu)成一個(gè)流道，其中1號(hào)、3號(hào)和4號(hào)流道為主流道，2號(hào)和5號(hào)流道為副流道。將水平井井底壁面簡(jiǎn)化為光滑井底，并依據(jù)PDC鉆頭的布齒輪廓線，采用Unigraphics NX軟件中的布爾減運(yùn)算功能建立水平井PDC鉆頭井底流場(chǎng)計(jì)算域幾何模型，如圖3所示。整個(gè)模型的軸向長(zhǎng)度為PDC鉆頭直徑的3倍，以保證流場(chǎng)中鉆井液湍流的充分流動(dòng)和對(duì)巖屑運(yùn)移情況的監(jiān)控。圖3 水平井PDC鉆頭井底流場(chǎng)計(jì)算域幾何模型

水平井PDC鉆頭井底流場(chǎng)計(jì)算域幾何模型

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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