YX型刚性套管扶正器研究.pdf

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1、石油机械2010年第38卷第6期CHINAPETROLEUMMACHINERY专题研究YX型刚性套管扶正器研究邹正伟王国荣王敏刘清友邹祥富(1．西南石油大学2．川庆钻探工程公司井下作业公司)摘要常用套管扶正器不能改变钻井液流动方向，而一些带滚子的螺旋式扶正器或螺旋式旋流扶正器又增加了制造难度。为此，研制了YX型刚性套管扶正器。通过流场模拟分析了扶正器高度及扶正棱高度对流体衰减的影响，以及扶正棱截面对过流特性的影响，并最终确定了相关几何参数。YX型刚性套管扶正器在保证套管居中的基础上，能在一定程度上改变传统的一维轴向流顶替方式，有效替净环空被

2、顶替液，从而有利于将环空窄边滞留钻井液和井壁附着滤饼驱替干净，进一步提高固井质量。关键词套管扶正器固井质量流场模拟结构设计固井时，常用套管扶正器不能改变钻井液流动根据图1所不，扶正棱的高度司表不为：方向¨j，不iI-~／I好地固井。而一些带滚子的螺旋=丢(D尺。)=丢一(+f)】(1)式扶正器或螺旋式旋流扶正器虽然可以在一定程度改变钻井液流动方向，但又增加了扶正器本身的制式中D。——扶正器最大外径，mm；造难度。因此，有必要研制一种在保证套管居中度R——扶正棱底圆半径，mlTl；基本作用的前提下，既能减小扶正器本身下入摩阻D——扶正器内径，

3、mm；又能改变单一流场的扶正器，YX型刚性套管扶正——扶正器内壁厚度，mil。器就是基于此而提出的。图中n为扶正棱下边宽度，b为扶正棱上边宽度，h为扶正棱高度，0为扶正棱下宽对应中心角，Ot为扶正棱斜边与底边夹角。进行扶正棱宽度设计1基本结构时，要求扶正器工作时过流通径满足过流要求，即除去扶正棱所占面积的环空剩余面积满足过流要YX型刚性套管扶正器为腰鼓式，扶正棱为斜直求，以减小过流阻力，借以当量孑L径来表示J。棱，端部为光滑过渡圆弧，中部进行磨削。扶正棱环空当量面积为：只有中部为固定截面，且面积最大，沿两端呈坡面。s=s一6S棱：1由于扶正

4、器本身为腰鼓式，只有中部为固定截1『(D2。一R)一面，所以确定YX型刚性套管扶正器各结构参数时取固定截面处为依据，如图1所示。6{【(2口～)_一井眼南一丢。(+)c。s(1×36oa⋯)]}=1一()卜6{吉[2。一]×图1YX型刚性套管扶正器固定截面示意图一[霄(。。+)一南一1一套管；2一扶正器。石油机械2010年第38卷第6期图3描述了扶正器从流场实体模型采用网格划1㈦cos()lJ}(2)分到环空流场网格过程。式巾5．——环空面积，mm；5榜——扶正棱横截面积，mm。为便于满足现场施工要求，可将其换算成当量◆孑L径公式：D￡=2

5、~／sL／耵。根据要求，扶正棱的倾斜度满足扶正棱360。图3YX型刚性套管扶器流场及网格图都闭合。扶正器侧面展开图如图2所示。2．1扶正器高度对流体衰减的影响扶正棱对流体起导流、限流作用，可使只有单一轴向速度的流体通过扶正棱导流而产生周向分速】I＼＼＼＼。-一J度。扶正棱的长度对整个流体的发展也有影响，因此通过试验模拟在一定工作参数下扶正器的长度对l一L+～．C_——衰减流体的影响规律。取环空D，=215．9mm、D。=210mm，其他参数保持一定，只改变扶正器的图2YX型刚性套管扶正器侧面展开图高度，研究其衰减影响规律。具体模拟参数如表1

6、日一扶正器高度；L-~iE棱间距；c一所示扶正棱底圆周长；口一扶正棱倾角。表1扶正器高度影响模拟参数由图2可得扶正棱倾角公式：扶正器扶正器高扶正棱扶正棱倾排量Q／环空返速／卢⋯ctan(3)外径／mm度／mm高度／mm角／(。)(L·s)(m·s)其中L：c／6：，则有：根据研究，扶正器满足360。与井壁全接触的卢⋯ctan⋯ctan=条件下，流出扶正器后的衰减距离达到最大值。H因此当确定扶正器的高度后，扶正棱的倾角JB和扶盯m正棱的长度便可确定。模拟结果如图4所示。根据以上结构参数几何推导，要确定扶正棱高度、上下底宽和倾斜度，只需确定扶正

7、器本身最大外径和扶正器的高度即可。∽●是2流场模拟筐匿YX型刚性套管扶正器的环空内流体的流动可分为3个区域：扶正器入口端之前的流动、扶正器内部的流动和扶正器出口端的流动。扶正器人口端图4不同扶正器高度下出口衰之前的流动为单一的轴向流动；扶正器内部为流体减距离与周向速度关系在扶正棱之间的流动；扶正器出口端为流体轴向速由图4可以看出，对于特定环空，当增加扶正度衰减流动。器的长度时，旋流的衰减距离增大并不明显，只是通过流场模型，可分析不同参数影响下流体流在出口距离达到4m前时，扶正器高度高时所产生经扶正器后的环空速度流场以及衰减流场特性。以的周向

8、速度会明显高于高度较低的扶正器。当出口+215．9mm井眼、+177．81TIITI套管所对应的扶正距离超过4m后，水泥浆衰减的趋势变缓，周向速器为基础参数进行模拟。在研究YX型