基于Fluent的空气射流切削式反循环钻头参数优化.pdf

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1、第42卷第11期探矿工程(岩土钻掘工程)Vo1．42No．1l2015年11月ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)Nov．2015：58—61．65基于Fluent的空气射流切削式反循环钻头参数优化宗绪永，李柏军(核工业二四O研究所探矿工程院，辽宁沈阳110032)摘要：针对黄土地层，提出利用空气代替钻井液的反循环气体喷射技术。但现有技术对反循环气体喷射钻头切削土体的能力没有具体优化讨论。利用fluent软件，优化反循环喷射钻头结构参数，对不同底喷孔直径、底喷孔数量

2、、底喷孔扩大段直径、底喷孔扩大段数量、喷射孔数量5个结构参数进行模拟分析。分析结果表明，在进风流量一定的情况下，增加底喷孔的数量或增大底喷孔的直径会削弱钻头的空气射流切削能力和反循环能力。底喷孔直径为3mm，底喷孔个数为2个，底喷孑L扩大段直径为8mm，底喷孔扩大段长度为5mm，内喷孔数量为5个时，反循环喷射钻头喷射能力和反循环能力最优。关键词：空气喷射钻头；CFD流场分析；结构参数优化中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2015)11—0058—04ParameterOptimizationofAi

3、r-jet-cuttingDri11BitwithReverseCirculationTechpiqueBasedonFluentSoftware／ZONGXu一，LIBai-ju(ResearchInstituteNo．240，CNNC，ShenyangLiaoning110032，China)Abstract：Inviewoftheloessformation．reversecirculationair—jet—cuttingtechniquewasproposedwithairinsteadofdrill—ingfluid．Th

4、ebitstructureparameterswereoptimizedbyFluentsoftware，theparametersofdifferentdiametersofbottomjetorifices，thenumberofbottomjetorifices，thediametersofbottomjetorificeenlargedsections，thenumberofbottomjetorificeenlargedsectionsandthenumberofbottomjetorificeswerestimulatio

5、nanalyzed．Theresultsshowthatinthecaseofacertaininletairflow，air-jet—cuttingandreversecirculationcapacityofthedrillbitwouldbeweakenedwhileincreasingthediameterandnumberofbottomjetorifices．Thebestperformanceofair-jet—cuttingandreversecirculationcapacitycanbeachievedbythed

6、esignstructurewith2bottomjetorificesof3mmindiameter，thebottomjetorificeenlargedsectionof8mmand5mminthediameterandthelengthrespectivelyand5internaljetorifices．Keywords：air-jet—cuttingbit；CFDflowfieldanalysis；structureparameteroptimization0引言质进行反循环气体喷射钻进比常规回转钻进方法钻随着我国经济的迅

7、猛发展，对资源消耗需求的进效率高，且能较好控制现场的施工环境。采用反大幅增长，资源勘探方向由容易开采的资源逐渐向循环气体喷射钻进技术配合贯通式潜孑L锤反循环钻地质环境复杂，开发难度大的地区转变。我国西部进技术，在不用更换钻进机具的情况下直接对上覆资源贮藏量大，种类丰富，是未来能源开采的主要地土层和下伏岩层进行连续钻进作业。区。但西部地表钻探环境恶劣，地层结构复杂，干旱反循环气体喷射钻进技术工艺原理与贯通式潜缺水，地表有较厚土层，且部分地区上覆较厚的黄土孔锤反循环连续取心钻进技术类似，如图1所示，压地层。常规钻井一般利用钻井液进行孔底排

8、渣，冷缩空气由进气胶管进入双臂钻杆的环状间隙进入孔却钻头，对于西部缺水且上覆黄土层地区，常规钻探底，通过反循环喷射钻头的特殊结构，根据拉瓦尔喷方法在对黄土层钻进时，由于黄土具有湿陷性，在钻管原理，压缩空气在孔底形成强力射