定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响.pdf

《定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、石油机械2012年第40卷第1期CHINAPETR0IJEUMMACHINERY●专题研究定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响黄英勇李根生付加胜(中国石油大学(北京)油气资源-b探测国家重点实验室)摘要PDC钻头齿的清洗能力对PDC钻头破岩和清岩影响很大，定向喷嘴则有利于钻头齿的清岩，研究定向喷嘴的布置具有重要意义。使用数值模拟的方法研究了定向喷嘴数量、孔径、喷速等因素对PDC钻头齿清洗效果的影响。研究结果表明，5喷嘴的PDC钻头齿清洗能力较强；钻头齿清洗能力随喷嘴孔径增大而增强；喷射角小的喷嘴射流流

2、场不利于流体向上举升岩屑。将定向喷嘴优化并配合常规水力结构设计可以在PDC钻头预防和清除泥包方面发挥自身的优势，最终达到提高机械钻速的目的。关键词PDC钻头泥包定向喷嘴喷嘴布置清洗能力数值模拟中图分类号：TE921．03文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)O1—0001—04使钻头切削齿对新鲜地层的刮切作用减小，从而使0引言机械钻速降低，更严重情况下泥包垫层会使钻头被卡住。因此，实现井底和钻头牙齿的高效清洗PDC钻头不仅能显著提高钻井效率，而且使具有很重要的意义。用寿命长，因此得到了广泛

3、的应用⋯。国内外学者采用理论分析、室内试验或数值模拟方法，研究2定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗了本体结构、喷嘴布置、结构和组合等因素对能力的影响PDC钻头破岩和清岩效果的影响J，并取得了一定的成果。2．1定向喷嘴数量在钻井作业中，PDC钻头切削齿的清洗和冷双数喷嘴的PDC钻头由于射流的力量均衡作却对保障高效安全作业非常重要。因此，笔者应用用，会造成一个相对接近中心的均衡区，在这个区数值模拟方法，建立定向喷嘴PDC钻头物理模型，域之内，泥包很容易形成，射流对钻头齿的清洗能分析定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能

4、力的影响，力影响较小。因此，只考虑单数喷嘴的PDC钻头。同时探讨定向喷嘴预防PDC钻头泥包的机理。对流场进行模拟时，设泵的总排量32L／s，换算成各喷嘴速度为45．3m／s。钻头转速120r／min，1钻头泥包井底情况分析喷嘴直径101Tim，流体介质为水。研究不同喷嘴数量对钻头齿清洗能力的影响。在钻井施工过程中，一部分岩屑被钻井液带离2．1．1单喷嘴井底，还有一小部分岩屑被粘在井底并在井底形成图1为1个定向喷嘴井底截面流场分布。从图了泥包垫层，引起重复破碎，阻止了钻头切削刃直可知，定向喷嘴的侧向射流在漫

5、流层上方形成1个接接触及破碎新鲜地层，降低了钻进速度。另外有新的冲击区，它和井底漫流叠加，补偿了漫流层能一部分岩屑留在钻头表面与牙齿之间，原因是在井量损失；另外这个冲击区会减小常规喷嘴所形成的底岩屑的粘糊作用及钻井液柱压力作用下，随着切漩涡区面积，从而减少了能量损耗，对岩屑排出起削齿在井底的转动与井底岩面的接触中被不断压实，到有效的作用。在钻头表面与牙齿之间形成薄薄的一个泥包垫层，图2为1个定向喷嘴刀翼附面层速度云图。从基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“深井复杂地层安全高效钻井基础研究

6、”(2010CB226700)。2012年第4O卷第1期黄英勇等：定向喷嘴布置对PDC钻头齿清洗能力的影响一3—65．2m／s时的射流速度4●4■等■4值囊33线32图鼬2■。2■从l■焉1图瓣1缀9可鼢6■知3■0，随着●但■■另曩一程方奠面■井●■底纛缀紊隘流_■并●不利于岩屑6●的6■■5运-5嚣移5鞲4和4誓排3■3■出2■2鼹，11掰9-4074185185295253l0{589349842O75156024782387331750O隹E753l08642197358O盘eeeeeeeeeee

7、eeeeeeeeeeeeeeeeeeeee：++++++++++++++++++++++++++++++++Ⅱ喷嘴出口速度增大，各OO喷O嘴0O射0流0O在O0自0由0O射0流00区1、冲很容易造成重复破碎。常规水力结2O构20的2020设20计202O侧20重2020于202O2O101O0¨2222222222221110／击区和漫流区的结构特性及速度衰减规律基本相同。前者，但在淹没条件下紊流产生的附面流场已经很弱，可能无法收到有效预防或清除泥包的效果。定向喷嘴具有不影响常规水力结构防泥包的特点，在常

8、规水力结构设计基础上通过侧向射流增加了对附面流场薄弱区域的流场强化。这就使喷嘴一方面可以常规射流辅助破岩提高钻速，另一方面针对易产生泥包部位增加射流强度，以收到清除和预防泥包的效果。利用定向喷嘴配合常规的水力结构设计可以在图6过喷嘴1和2轴线的截面出口喷预防和清除PDC钻头泥包方面发挥自身的优势，速为45．3m／s的速度等值线图最终达到提高机械钻速的目的。595e+025．55e+025．16e+024．76e+024结论4．