多孔式射流钻头流场数值模拟研究
基于Fluent的径向水平井旋转射流钻头内外流场数值模拟
６ ０ ｍｉ ， １ Ｉ ｎ 钻杆 内径 为 ｄ ／ 一 ２ ｍｍ。 ５ 计算 人 口速度 为 ：
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≈ ２ ｍ／ ０ ｓ
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［ 收稿日期］２ １ 一Ｏ ０ １ ８—１ ２ ［ 基金项目］湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队项 目 （ ０ ９ ６ 。 ： Ｔ２ ０ ） ［ 作者简介］杨雄 （ ９ ０ ） １ ６ 一 ，勇 ，１ ８ 年 大学毕业 ，硕士 ，教授 ，现主要从事材料工程、现代 加工技术和工程测试技术及控制工程等 ９２ 方面的教学和研究工作 。
第 ３ 卷 第 １ 期 ３ １
杨 雄 等 ：基 于 Ｆｕ ｎ 的 径 向 水 平 井 旋 转 射 流 钻 头 内外 流场 数 值 模 拟 ｌｅｔ
●●■■ ■
图 １ 旋 转 射 流 流 场 模 型
图 ２ 钻 头 内流 场 网格 划 分
２ ）出 口条件
Ｐ 。一 ０ 。
３ ）固壁边 界条 件 采用 无 滑移 边界 条件 。
１ ２ 网 格 划 分 ．
将 图 １ 示 流场模 型分 为 ３段进行 网格划分 ，由于旋转 射 流钻头 的内流场 结构 复杂 ，因此 采用 非结 所
构 网格 划分 ，节 点 间隔尺 寸 （ ｔｒａ ｓ ｅ 为 １ ｉ ｅｖ ｌ ｉ ） ｎ ｚ ，如 图 ２所示 。
１３ 控 制 方 程 ．
基 于 Ｆ ｕ ｎ 的 径 向水 平 井 旋 转 射 流 ｌｅ ｔ 钻 头 内外 流 场数 值 模 拟
杨 雄 ，冉 小丰 ，阳 婷 （ 长江大学机械工程学院，胡Ｅ Ｊｌ３０３ 、］ ￣０ ４ ２ ＊ ４ ）
［ 要 ］ 运 用 Ｆｕｎ 软 件 对 径 向水 平 井 旋 转 射 流 钻 头 的 内外 部 流 场 进 行 数 值 模 拟 ，提 出 了利 用 数 值 模 拟 手 摘 ｌｅｔ
蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟
蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟随着科学技术的不断发展，人们对于流场研究的需求越来越高。
而数值模拟则成为现代科学研究中不可或缺的一部分。
本文将围绕“蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟”这一主题展开讲解，带领小伙伴们一步一步深入了解相关知识。
第一步，了解射流泵模型的内部流场特性。
射流泵是利用高速流体的动能来传递压缩气体或输送液体的机械设备，其内部流场特性主要包括压力分布、速度分布、流线分布等。
这些特性对于射流泵的性能有着决定性的影响。
第二步，介绍蒙特卡罗法。
蒙特卡罗法是一种基于概率统计的数值模拟方法，其主要思想是利用多次重复采样的方法，通过统计得到随机事件的概率分布。
在流场模拟中，可以应用蒙特卡罗法模拟粒子在流场中的运动状态，进而得到流场的特性数据。
第三步，探索蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的应用。
通过对射流泵模型的内部流场进行数值模拟，我们可以得到流场中各个位置的速度、压力、流线等特性数据。
基于这些数据，可以对射流泵的性能进行准确的预报，也可以更加深入地了解流场特性。
第四步，总结蒙特卡罗法在射流泵模型内部流场数值模拟中的优势。
相较于传统的数值模拟方法，蒙特卡罗法具有计算量小、可靠性高、适用范围广等优点。
在射流泵模型内部流场数值模拟中应用蒙特卡罗法，可以更加准确地描述流场的特性，提高研究的精度和可信度。
综上所述，蒙特卡罗法对射流泵模型内部流场的数值模拟具有重要意义和应用价值。
通过深入理解射流泵模型内部流场特性，熟练掌握蒙特卡罗法的基本原理和计算流程，我们可以更加准确地预报射流泵的性能、优化流场设计、提高产品的质量和效率。
面向多孔介质渗流的数值模拟与优化研究
面向多孔介质渗流的数值模拟与优化研究多孔介质渗流是一种在自然界中广泛存在的现象，也是工程领域中很重要的问题之一。
通过数值模拟和优化研究可以更好地理解和控制多孔介质渗流的行为，从而为解决一些实际问题提供有效的解决方案。
本文将从多孔介质渗流的数值模拟方法和数值优化技术两个方面进行探讨。
首先，多孔介质渗流的数值模拟方法是研究该问题的基础和核心。
目前，常用的数值模拟方法包括有限差分法、有限元法和格子Boltzmann方法等。
这些方法可以通过数学模型将多孔介质内的渗流过程表示为一组偏微分方程，然后通过离散化近似和数值解方法来求解这些方程。
其中，有限差分法和有限元法是最常用的数值模拟方法，它们可以较准确地模拟多孔介质内的渗流现象。
在数值模拟过程中，需要对多孔介质的物理参数进行合理的选择和定义。
例如，多孔介质的渗透率、孔隙率、平均粒径等参数可以直接影响渗流的行为。
通过实验数据和经验公式可以估计得到这些参数的数值，然后将其应用在数值模拟中。
此外，为了提高数值模拟的准确性，还需要考虑多孔介质的非均质性和各向异性等因素，这些因素可以通过网格划分和边界条件的设置来考虑。
数值模拟结果的验证和验证也是研究多孔介质渗流的重要环节。
通过与实验数据进行对比，可以评估数值模拟的准确性和可靠性。
当数值模拟结果与实验数据吻合较好时，就可以应用该数值模拟方法来预测多孔介质渗流过程，并进一步优化设计。
其次，数值优化技术可以用于多孔介质渗流问题的优化研究。
多孔介质渗流的优化研究主要包括两个方面：一是优化多孔介质结构，改变渗透率分布、孔隙率分布等参数，以实现特定的渗流行为；二是优化渗流控制策略，通过改变边界条件和应用控制策略，实现对渗流的控制和调节。
在多孔介质结构的优化研究中，可以使用一些优化算法来求解最优的多孔介质结构。
例如，遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等可以用于求解多孔介质结构优化的问题。
通过优化多孔介质结构，可以使得渗透率分布更加均匀，孔隙率分布更加合理，以实现更好的渗流行为。
潜孔钻头井底流场数值模拟研究
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能量方 程
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井 眼
图 １ 井底流场模型 图
从计算效率 、计算 精度和 网格划分 的难易 出 发 ，笔者对井底流场模型进行了分块网格划分 ，模 型中结构复杂不规则 的部分采用 非结构 网格划分 ， 对结构规则的井眼环空部分则采用填充效率高的六 面体结构 网格划分 ，并根据流动梯度的大小安排网 格的疏密程度 。计算 中采 用 Ｑ ｉ ｕｃ ｋ格式 处理对 流
引
言
孔钻头应用 中出现的这些问题 ，都与钻头井底流场 的分布有着密切关系 ，而现有 的文献资料¨ 中，
钻头 井底 流场 研 究 主 要 集 中于 Ｐ Ｃ钻 头 和牙 轮 钻 Ｄ
潜孔钻头是用于冲旋钻井的专用钻头，在冲旋 钻井过程中，潜孔钻头除了要随钻柱旋转外 ，还要 受到安装在钻头上端冲击器的冲击作用 ，从而实现 冲击旋转钻井 。野外常常难以找到可用的水源 ，因 此冲旋钻井主要采用空气作为循环介质。高压空气 先通过冲击器做功产生冲击力 ，再流人潜孔 钻头 ， 经过钻头喷嘴后形成高速射流，对井底和钻头表面 进行清洗 ，排 出岩屑 ，保证钻井工作的正常进行。 近年来 ，冲旋钻井技术作为解决硬岩地层段和软硬 交错地层段钻速低 、大斜度地层段井眼易斜等问题 的最有效方法之一 ，已成为各 国钻井专家广泛关注 的研 究 热点 。 笔者在对 四川和新疆油气田潜孔钻头应用情况 的调研中发现 ，现场用 的 Ｑ ＿ Ⅱ型对称 四喷嘴潜 Ｆ 孔钻头存在排屑效率低、井壁冲蚀破坏严重、钻头 表面容易形成泥包等 问题 ，特别是在钻井过程 中由 于井壁被冲蚀破坏而导致井漏现象 ，大量气体从井 壁处 漏失 ，不 能达 到排 屑的 目的 。这时 常常需 要 向 井里加入洗衣粉水和添加剂 ，通过与岩屑的混合达 到堵漏的 目 ，这直接导致钻井效率降低 ，钻井成 的 本增加 ，至于洗衣粉水和添加剂是否对冲击器工作
旋转钻头射流方式对井底流场影响的数值剖析
（） ２
动相对 定 常 ， 头 角 速 度 ＝１０／ ｉ 速 绕 钻 ０ｒｍｎ匀
轴旋 转， 采用 的介 质为水 ， 图 ｌ 见 。
式 中， 为产 生 项， Ｐ Ｐ为 密度 ， 涡粘 系 数 ＝Ｃ ， ｏ 方程 中 的 常 量参 数 ＝０ ０ 、 】 １ ４ 、 ２＝ ９ ＝ ． ４
Ｉ 开 底 结构 与钻 头射 流示 意 井 壁
计算 内容包括 ： 头旋 转， 钻 流体 由 ４个 喷嘴垂 直 射 出 ； 头旋转 ， 体 由 ４个 喷 嘴外 倾 １ ℃ 射 出 ； 钻 流 ５ 钻 头旋转 ， 流体 由 ４个 喷嘴分 别 按不 同倾 角射 出。
１ 计 算 方 法
采用 ４步龙格一 库塔 时 间推进格 式和 高阶 空 间
的水 力作用 ， 进 和完 善钻 头 水 力 结构 设 计 等 提 供 改
了参 考作用 。
计 算 采 用 标准 —ｅ模 型 ， 动 能 和 湍 能耗 散 湍
率分 别满 足下式
采用预处 理技 术借助 数值 分析 方法研 究了直 径
为 ２６ ｒ 的钻 头 ， 上分 别 按 ６ 。 １ｎ ｎ 其 ６ ×Ｒ４ （ 钻 头 表 ２距 面 中心点为 ４ ｒ ） １４ ×Ｒ４ 、３ 。 ２ｍ１、５ 。 ５ ２ ４ ×Ｒ２ ７和 ３ ６ × ３。
场 堂玲 ，９９年 生。 １９ Ｉ６ ９８年 毕 业 于南 京 航 天 航 空 大 学 。
陈 康 民 ，９３年生 ： 博 士 生 导 师 。 ｌ４
０ 引言
石油钻 井过 程 中， 底清 岩 和 切 屑 齿冷 却 是 钻 井 头水 力学 的突 出问 题 。在 钻 井 过 程 中， 产生 大 量 的 岩 屑需及 时清 除 免 引起钻 头泥 包 、 复切 削 ， 成 重 造 机械 转速严 重下 降， 加速 切 屑齿 的磨损 ， 而严重 影 从 响钻 头的使 用寿 命。 因此对 井底 流场 的研 究是钻 头 设计 和使用 人员 最为关 注 的问题 之一 。 国外 自 ８ 代 中后期 ， ０年 已相 继有 一些 这方 面 的 研 究ｌ 一但 多局 限于 某 种 具 体 型号 钻 头 的试 验 或 ｌ ， 计算， 而没有 结合 考虑 井底 的流场 作用 。 国 内 ９ ０年 代， 开始 出现 了一 些相关 的研 究 ｌ Ｊ但要 么认 为 流 ３ ， 动是 二维 ， 么 不考虑旋 转 ， 要 或者 只计算 单 喷嘴或 多 个 对 称分布 喷嘴 射流 ， 没有 将 三 维 、 转 、 对 称 而 旋 非 多个 喷嘴射 流等 多种 因素全 面考虑 进行 计算 。考 虑 上 多种因素 的 综合 作 用 ， 不 同射 流方 式 对 井 底 对 结构 的影响进行 了多 种 情 况 的数 值 模 拟 ， 详 细 分 并 析 了计算 结果 ， 了解 钻 头 多 喷 嘴 射 流对 井 底 流 场 为
有限空间环形射流流场特性研究
有限空间环形射流流场特性研究李哲然; 樊越胜; 王欢; 张鑫; 苏凯【期刊名称】《《建筑热能通风空调》》【年(卷),期】2019(038)011【总页数】4页(P31-34)【关键词】有限空间; 环形射流; 数值模拟; 流场特性引射系数【作者】李哲然; 樊越胜; 王欢; 张鑫; 苏凯【作者单位】西安建筑科技大学环境与市政工程学院【正文语种】中文0 引言环形射流被广泛应用于煤矿开采时的钻孔除尘、掘进工作面通风、去液干燥的环形气刀、无叶风扇等领域[1-3]。
相比于圆形喷嘴射流，环形射流诱导混合性强，极大提高引射效率，减小主流空气流量，达到节能效果。
Mohammad Jafari等[4]研究了5种几何参数对无叶风扇流场特性影响。
叶雅玲等[5]将环形射流应用在通风装置，分析了其流场特性和诱导率变化规律。
董立国、周勃等[6-7]研究了环形气流作用下的吸气流动，确定其速度分布、有效作用范围及临界射流速度的影响因素。
上述对环形射流研究多针对自由射流条件下，然而针对更具有实际意义的受限空间条件下的研究，却鲜有报道。
为此，本文通过数值模拟与实验方法，对有限空间环形射流流场特性进行了研究，为袋式除尘器环隙喷吹清灰[8]、矿井小断面巷道局部通风[9]等应用提供理论参考。
1 有限空间环形射流数值模拟与实验验证1.1 几何模型与数值模拟方法以无叶风扇作为环形射流源，圆形风管作为有限空间，运用Gambit建立三维数值模型如图1所示，圆环内径255mm，外径300mm，环缝隙宽1.5mm，圆形风管直径320mm，长度2m。
环形射流源与有限空间距离200mm，且同中心轴，计算域-200mm≤x≤2300 mm，-160mm≤y≤160mm，-160mm≤z≤160mm。
图1 有限空间环形射流几何模型描述有限空间环形射流运动控制方程为定常不可压缩N-S方程，湍流模型选用realizableκ-ε两方程模型，计算流域采用Cooper和Tgrid方法划分网格。
PDC钻头流场数值仿真与水力结构优化
０ ０ ａ・ ，钻头表面 和井壁按 固壁 无滑移边界条件 ． ３Ｐ Ｓ
‘
控 制流 体流动 的基本 定律 是质量 守恒定 律 、动 量守恒 定律 和能量 守恒 定律 ，由此 可 以得 到连续 方
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
处理 ，即相对速度 为 ０ ，忽略钻头旋转 。
程 、动量方 程和能 量方 程 ，联 立后所 得 到的 Ⅳ一 方 ｜ ｓ
与优 化 。通过 数值 模 拟 ，得 到 了钻 头表 面速 度 矢量 图、 喷嘴 中心 剖 面速 度 矢 量 图及 刀 翼表 面速 度 矢量 图，并在 此基 础 上确定 了水力 结构 优化 方 案 。仿 真 结果 表 明 ，改进 后 涡 心 与 射流 区 的距 离增
加 ，漩 涡边界 流体 切入 到 漫流 层 中并 附壁上 返 ，漩 涡 强度 减 弱 ，漫 流 区厚度 与速 度 增加 ，携 岩 能 力提 高 ，清 洗 与冷 却 能力增 强。
Ｐ Ｃ钻 头 的使用 寿命 。钻 井 液 对 Ｐ Ｃ钻 头 体 表 面 Ｄ Ｄ
的有效 清洗 、冷 却 和润滑 是保 证钻 头 正常 工作 的重 要条件 ，其 水 力 结 构 （ 要 指 中心 水 眼 和 冠 部 水 主 道 的空 间安 放位 置 和 结 构 参 数 ） 在 很 大 程 度 上 决 定 了钻 头 寿命 。 近年来 ，随着计 算流 体动 力学 （ Ｆ ） 的 飞速 ＣＤ 发展 ，国外 的 主要钻 头生 产 厂家逐 步 开始利 用计 算 流体动 力学 数 值 模 拟 技 术 对 Ｐ Ｃ钻 头 水 力 结 构 进 Ｄ 行分析 与 优化 设 计 。 国 内学 者 也 对 Ｐ Ｃ钻 头 水 力 Ｄ 学研究 进 行 了探 索 ¨ 。 笔 者 在 前 人 研 究 的 基 础
上 ，对 某 区块 常用 的 ３ １ １ ｍ （ ２ 英 寸 ） 复 １．５ｍ １
ＰＤＣ_钻头旋转喷嘴流场特征仿真研究
２０２３年第５２卷第５期第２６页石油矿场机械犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０２３，５２（５）：２６ ３２文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ００２６ ０７犘犇犆钻头旋转喷嘴流场特征仿真研究李文飞１，杨焕龙２，刘 松２（１．山东石油化工学院，山东东营２５７０００；２．胜利石油工程公司海洋钻井公司，山东东营２５７０００）摘要：ＰＤＣ钻头的固定式喷嘴对于改善钻头井底流场、抑制漩涡区的发展、防止钻头泥包等方面的作用有限。
建立具有旋转喷嘴的ＰＤＣ钻头的数值仿真模型，分析旋转喷嘴数量、喷嘴自转速度、钻头转速对ＰＤＣ钻头井底漩涡场的影响规律。
结果表明：旋转喷嘴较固定式喷嘴能够有效抑制钻头井底漩涡场的发展；随着旋转喷嘴数量的增加，钻头井底漩涡区面积占比是减小的；随着旋转喷嘴自转速度的增加，钻头井底漩涡区面积占比呈先减小后增加的趋势，存在最优的喷嘴转速值；钻头转速对于旋转喷嘴条件下ＰＤＣ钻头的井底漩涡场影响较小。
关键词：ＰＤＣ钻头；旋转喷嘴；井底；漩涡场；数值模拟中图分类号：ＴＥ９２１．１０２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００４犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀狅犳犚狅狋犪狉狔犖狅狕狕犾犲犉犾狅狑犉犻犲犾犱狅犳犘犇犆犅犻狋狊ＬＩＷｅｎｆｅｉ１，ＹＡＮＧＨｕａｎｌｏｎｇ２，ＬＩＵＳｏｎｇ２（１．犛犺犪狀犱狅狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿犪狀犱犆犺犲犿犻犮犪犾犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犇狅狀犵狔犻狀犵２５７０００，犆犺犻狀犪；２．犗犳犳狊犺狅狉犲犇狉犻犾犾犻狀犵犆狅犿狆犪狀狔，犛犺犲狀犵犾犻犘犲狋狉狅犾犲狌犿犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅犿狆犪狀狔，犇狅狀犵狔犻狀犵２５７０００，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｆｉｘｅｄｎｏｚｚｌｅｈａｓｌｉｍｉｔｅｄｅｆｆｅｃｔｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｒｅｓｔｒａｉ ｎｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｖｏｒｔｅｘａｒｅａ，ａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｂｉｔｂａｌｌｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｂｉｔａｎｄｔｈｅｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｗａｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗｏｆｎｕｍｂｅｒ，ｓｅｌｆ ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄ，ａｎｄｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｐｅｅｄｏｆｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅａｂｏｕｔｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｆｉｘｅｄｎｏｚｚｌｅ，ｔｈｅｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｃａｎｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｂｉｔｆｌｏｗｆｉｅｌｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａｄｅｃｒｅａ ｓｅｓ，ａｎｄｗｉｔｈｓｅｌｆ ｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａｄｅｃｒｅａｓｅｓｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｍａｌｒａｎｇｅｅｘｉｓｔｓ．Ｔｈｅｂｉｔｒｏｔａｒｙｓｐｅｅｄｈａｓｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂｉｔｖｏｒｔｅｘａｒｅａ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ＰＤＣｂｉｔ；ｒｏｔａｒｙｎｏｚｚｌｅ；ｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ；ｖｏｒｔｅｘ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 喷嘴（水眼）是ＰＤＣ钻头的重要组成部分之一，承担清洗、冷却、辅助破岩等作用。
多孔喷嘴射流泵流动模拟与涡结构分析
多孔 喷 嘴 射 流泵 流动 模 拟 与涡 结构 分 析
龙 新 平 ，姚 鑫 ，杨 雪龙
（ 武汉火学动力 机械学院 ， 湖北 武汉 ４ ０７ ） ３０ ２
摘 要 ： 于有 限体 积 法和 Ｒ ａｚｂｅ 湍 流模 型 ， 多孔 喷嘴 射 流 泵 内部 流 场进 行 数 值 模 拟 基 ｅｌａｌ ｉ ｋ— 对 和 分析 ， 并与试 验 结果进行 对 比 ， 验证 了数 值模 拟 的 可靠性 ． 引入 涡动 力 学理论 对 喉 管 内部 工 作
ｅ ｐｅ ｉ ｎ ａ ａａ ｘ ｒｍｅ ｔ Байду номын сангаасｄ ｔ ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌｓｏ ｔｅ ｍｗｉｅａ ｄ ｓ ａ ｗｉｅ ｖ ｒｉｉｙ ｄ ｓｒｂ ｉｎ ａ ｄ ｓ ｄ ｏ ｈｅｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｆｓｒ ａ ｏ ｓ ｎ ｐ ｎ ｓ ｏ ｔｃｔ ｉｔｉｕｔ ｎ ｏ
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PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟
PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟黄英勇;李根生;宋先知;付加胜【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2011(039)006【摘要】为提高定向喷嘴PDC钻头清洗井底的效果,最大限度地减少钻头泥包的形成.利用计算流体力学理论和数值模拟方法,建立了定向喷嘴PDC钻头的物理模型,并确定了定向喷嘴PDC钻头的物理模型参数,对定向喷嘴和定向喷嘴PDC钻头的井底流场特性进行了分析.结果表明:在定向喷嘴的结构参数中,双流道的直径组合与侧向流道的倾角是影响流量分配的主要因素,侧孔倾角为45°时,既能满足流量分配的要求,又便于加工；定向喷嘴侧向射流将回流限制在新冲击区的上方,减小了井底漩涡区域,与漫流层的叠加补偿了其能量损失,刀翼切削面处的低速区也变小,对井底清岩起到较好的作用,有利于抑制泥包的形成.定向喷嘴与常规水力结构设计相结合可以在预防和清除PDC钻头泥包方面发挥自身的优势,达到提高机械钻速的目的.【总页数】5页(P99-103)【作者】黄英勇;李根生;宋先知;付加胜【作者单位】油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学),北京昌平102249;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学),北京昌平102249;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学),北京昌平102249;油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学),北京昌平102249【正文语种】中文【中图分类】TE921+.1【相关文献】1.定向喷嘴PDC钻头井底流场特性研究 [J], 侯成;李根生;黄中伟;田守增;史怀忠2.定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究 [J], 黄英勇;李根生;田守嶒;付加胜3.PDC钻头井底流场数值模拟研究 [J], 胡军;杨作峰4.领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场数值模拟 [J], 闫炎;管志川;杨才;阎卫军;耿潇5.非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟 [J], 谢翠丽;杨爱玲;陈康民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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表 明： 多孔 式射流钻头有效扩大 了井底 冲击 区 ， 有利于扩大成孔 直径 ； 反向射流 冲刷井壁 ， 以进 一步扩 大孔径 ， 反推 可 其 力平衡 了正 向射流 的反推力 ， 有利于轨迹控制 ； 反向射流的 附壁 作用 ， 大 了喷 嘴局部阻力 系数 。射 流钻头人 口及环 空 增 的压力和流量 的数值模拟结果 与试验测试结 果一致。 关键词 ： 径向水平井 ； 流钻 头 ； 向喷嘴 ； 射 反 流场 数值模拟 中图分类号 ： Ｔ ５ １ ３ Ｋ １ ． 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ ００ ．０ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ．０ ５— ３ ９ ２ １ ．４ ０４ ｓ
（ ｈｎ ｎ ｅｓ ｙ ｏ Ｐ ｔ ｌ ｍ， ｅ ｉｇ１ ２ ４ ， ｈｎ ） Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｉ ｆ ｅ ｏｅ Ｂ ｉｎ ０ ２ ９ Ｃ ｉａ ｖ ｔ ｒ ｕ ｊ
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２１ ００年第 ３ 第 ４期 ８卷
文 章 编 号 ： １０ － ０ ２ （０ ０ ０ ＿０ １＿ ０ ０ ５－ ３９ ２ １ ）４ － Ｏ ３ ＿ ５ － －
流
体
机
械
１ ３
多 孔 式 射 流 钻 头 流 场 数 值 模 拟 研 究
郭瑞 昌 ， 根生 ， 中伟 ， 李 黄 田守 螬 ， 怀 忠 史
（ 国石 油 大 学 （ 京 ） 北 京 中 北 ， １２４ ） ０ ２ ９
摘
要 ： 多孔式射流钻头是应用于径 向水平井技术 的一 种新型射流钻头 。本文建立 了多孔式射流钻头流 场计算模 型 ，
采用 Ｒ Ｇ Ｎ ｋ—ｓ 流 模 型进 行 数值 计算 ， 析 了射 流钻 头 内 外 不 同 区 域 的 流 场 分 布 情 况 和 局 部 流 动 特 性 。 模 拟 计 算来自结 果 湍 分１ 前 言
应用 拓展 到 了磨 料 射 流 领 域 。关 于 开 有 反 向 喷 嘴 的多 孔式 射流 钻头 流场 特性 的系统 研究 尚未
有相 关文 献发 表 。
多孔式 射流 钻头 是一 种应 用于径 向水平 井技 术 的一 种新 型射 流 钻 头 ， 带 有 反 向喷 嘴 的设 计 其
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