径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析.pdf

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1、2014年第42卷第5期流体机械文章编号：1005—0329(2014)05—0025—06径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析毕刚，李根生，沈忠厚，黄中伟。李浩(油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京))，北京102249)摘要：为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题，设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法，采用RNGk—e湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析，并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律，进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明，自进式旋转射

2、流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大，随着径向半径的增大，轴向速度迅速减小；切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的“N”形分布，有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积；径向速度呈轴对称分布，存在明显的漫流层，有助于岩屑的脱离；自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量，对射流速度有着重要的影响；喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化，得到射流钻头的叶轮螺距16mm，导叶数为2，喷嘴直径为1mm。关键词：径向水平井；自进式旋转射流钻头；导向叶轮；流场特性中图分类号：TH137文献标志码：Adoi：10．3969／j

3、．issn．1005—0329．2014．05．006FlowFieldStudyonSelf-propelledConicalJetBitforRadialHorizontalDrillingBIGang，LIGen—sheng，SHENZhong—hou，HUANGZhong—wei，LIHao(StateKeyLaboratoryofPetroleumResourceandProspecting，ChinaUniversityofPetroleum，Beijing102249，China)Abstract：Ano

4、velself-propelledconicaljetbitwasdesignedtosettletheproblemofrockbreakingefficiencyandserf-propelledability．The3DflowcharacteristicsofflowfieldsinsideandoutsidethedesignedjetbitwereanalyzedbasedonnumerieMmethodandRNGk一8turbulentmode1．Furthermore，theinfluenceofth

5、ejetbitstructuralparametersonflowfieldcharacteristicsofthejetnozzlewasinvestigatedforoptimizingthenoveljetbit．Theexperimentalresultsshowthatthemaximumaxialvelocityofflowfieldoutsidethenozzleisontheeenterlineofthenozzleandtheaxialvelocityrapidlydropswiththeincrea

6、seofradialradius．Thetangentialvelocityalongthenozzleradialshowsclassical⋯N’patterndistribution，whichisbeneficialforproducinglargerrockbreakingareaanddepth．Theradialvelocityexhibitsaxial—symmetricdistributionandhasanobviouscrossflowlayerinfavorofcleaningthecuttin

7、gs．Thenumberofguidevaneandthescrewpitchoftheorientedimpellerforthejetbithaveasignificantin·fluenceonjetvelocity．Inaddition，thenozzlediameterhasgreatefectonflowfieldcharacteristicsofthejetflow．Afteroptimi-zation，thevalueofthescrewpitchis16mm，thenumberofguidevanei

8、s2andthenozzlediameteris1mm．Keywords：radialhorizontalwell；self-propelledconicaljetbit；orientedlmpeller；flowfieldcharacteristics1前言边际油藏、稠油油藏和煤层气藏等l，是目前钻井行业发展的一个新方向。由于该