旋转钻头井底流场的初步数值研究
PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟
（ ｔ ｔ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｔｏ ｅ ｍ Ｒｅ ｏ ｒ ｅ ｎ ｏ ｐ ｃｉ ｇ（ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｔｏｅ ｍ ） Ｓ ａ ｅＫｅ ｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐｅｒ ｌｕ ｓｕ ｃ ｓａ ｄ Ｐｒ ｓ ｅ ｔｎ Ｃ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ Ｐｅｒ ｌｕ ，
Ｐ Ｃ钻 头 定 向 喷 嘴 井 底 流 场 数 值 模 拟 Ｄ
黄 英 勇 ， 根 生 ， 先 知 ， 加 胜 李 宋 付
（ 气 资 源 与探 测 国家 重 点 实 验 室 （ 国石 油 大 学 ） 北 京 昌平 １ ２ ４ ） 油 中 ， ０ ２ ９
摘
要： 为提 高 定 向 喷 嘴 Ｐ Ｃ 钻 头 清 洗 井 底 的 效 果 ， 大 限 度 地 减 少钻 头 泥 包的 形 成 。利 用 计 算 流 体 力 学 理 Ｄ 最
第 ３ ９卷 第 ６期 ２１ ０ １年 ｌ １月
石
油
钻
探
技
术
Ｖ ｏＩ３９ Ｎ ｏ ． ．６
ＮＯ Ｖ．， ２０１ １
Ｐ ＥＴＲＯｌＥＵＭ ＤＲＩ ＮＧ ＴＥ Ｉ ＬＩ ＣＨＮＩ ＱＵＥ Ｓ
．钻 采 机械 ．
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １０ ９ ． ０ １ ０ ． ２ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ — ８ ０ ２ １ ． ６ ０ ３
ＢｅＪｎ １ ２ ４ ， ｉ ａ ｉｉ ｇ， ０ ２ ９ Ｃｈ ｎ ）
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｉ ｄ ｒｔ ｍｐｒ ｖｅｂｏ ｔ ｍ ｌ ｌａ ｎ ｆｉ ｉｎｃ ｆＰＤＣ ｉ ｔ ｒｅ ｔ ｔｏ ｚ ｌ ｎｄ ｔ ｔａ ｔ ｎ ｏｒ ｅ ｏ ｉ ｏ ｔ ｏ ｈｏ ｅｃ ｅ ｎｉ ｇ ｅ ｆｃ ｅ ｙ ｏ ｂ ｔｗｉｈ ｏ ｉ ｎ ａ ｉ ｎ ｎｏ ｚ ｅａ ｏ ｐｒ ｖ ｎ ｉ ａ ｌｎｇ ｆ ｒ ｈ ｓ ， ｙｓｃ ｌｍ ｏ ｅ ｆＰＤＣ ｔｗｉｈ ｏｒｅ ａ ｉ ｎ ｎｏ ｚｅ ｗａ ｓ ａ ｉｈｅ ａ ｄ ｔ — ｅ ｅ ｔ ｂ ｔｂ ｌｉ ａ ｔ ｅ ｔ ａ ｐｈ ｉａ ｄ ｌｏ ｂｉ ｔ ｉｎｔ ｔｏ ｚ ｌ ｓ ｅ ｔ ｂｌｓ ｄ， ｎ ｈｅｐａ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｏ ｙｓｃ １ｍｏ ｌｗｅ ｅ ｃ ｆｒ ｄ． ａ ｔ ｒ ｆｐｈ ｉａ ｄｅ ｒ ｏｎ ｉｍｅ Ｔｈｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉｓ ｏ ｔ ｏ ｆｏ ｆｅ ｄ ｏ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｆｂｏ ｔ ｍ ｌ ｗ ｉ ｌ ｆＰＤＣ ｉ ｎ ｔ ｒ— ｂ ｔａ ｄ ｉｓ ｏ ｉ ｅ ａ ｉ ｏｚ ｌ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｕｓｎｇ ｏ ｐ ａ ｉ ｎａ ｄｒ ｍｅ ｈ ｎｉｓ ｈ ｏ ｙ ａ ｄ ｎｕ ｅ ｉ ａ ｓｍｕｌ ｔｏ ｎｔ ｔｏｎ ｎ ｚｅ ｗｅ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｉ ｃ ｍ ｕｔ ｔｏ ｌｈｙ ｏ ｃ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｎ ｍ ｒｃ ｌ ｉ ａ ｉ ｎ．Ｔｈ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｄｉａ ｅ ｔ ｔ ｔ ａ ｅ ｅ ｏ ｅ ｕ ｔ ｎ ｃ ｔ ｈａ ｈｅ ｄｉｍ ｔ ｒｃ ｍｂｉ ａ ｉ ｎ ｏ ＷＯ ｆｕ ｄ ｃ ａ ｅ ｓ ａ ｈｅ ｏ ｉ ｕ ｔ ｆｔ ａ ｅ ａ ｈａ ｎｅ ｎ ｔｏ ｆｔ ｌ ｉ — ｈ ｎｎ ｌ ｎｄ ｔ ｂｌｑ ｉｙ ｏ ｈｅ ｌｔ ｒ ｌｃ ｎ ｌ
旋转导向钻井技术方法研究
旋转导向钻井技术方法研究作者：王子龙来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第12期【摘要】旋转导向钻井技术随着油气田开发过程中人们对于钻井井眼轨迹的新要求应运而生。
我国对该项技术的研究始于“九五”期间，到“十一五”期间便完成了旋转导向钻井系统工程化的研究，最终形成了一套旋转导向钻井工具系统。
2009—2012年，进行了20余次不同类型的井眼轨迹控制实钻试验，该系统已基本实现了地层参数测量、工程参数测量、定向井井眼轨迹测量和控制、信号脉冲反馈及收发等4个功能，试验最大造斜能力为6.73°/30m，达到了预期的目标和设计要求。
在3大关键技术方面取得了突破：①从井下工具的测控原理到方法上取得了突破；②在定位总成的设计原理和技术上取得突破；③在偏心稳定器获得尽可能大的侧向力的研究和设计上取得突破。
今后还将把工具的长期稳定运行和轨迹控制精度作为重点试验内容，以期尽快实现其在钻井工程中的实用化目标。
【关键词】旋转导向钻井技术偏心稳定器工具系统研制钻井试验稳定运行轨迹控制精度实用化油气田勘探和开发过程中，人们对于钻井的井眼轨迹提出了很多新的要求，特别是水平井技术、大位移钻井技术、薄油层钻水平井的技术、水平分支井技术，这些技术要求钻井工具去满足越来越复杂的地层条件，同时还要为了暴露更多的储层，以期获得更大的产能。
因此提出了越来越复杂的井眼轨迹要求。
同时为了能提高钻井效率、降低昂贵的钻井成本和减少钻井井下作业的风险，旋转导向技术应运而生了，它的出现立刻在钻井作业中得到了广泛的应用，20世纪90年代以来，以BakerHughes的AutoTrak系统、Schelumberger公司的PowerDrive系统、Hullibuton公司的Geo‐pilot系统为代表的旋转导向钻井技术，给井眼轨迹的测量到控制掀起了一场革命，同时也在技术上和商业上展开了激烈的竞争。
围绕着旋转导向钻井技术，我国自“九五”以来就开始了研究，并且在国家“十五”期间研制出旋转导向的原理样机，在此基础上，“十一五”期间我们又开展了旋转导向钻井系统工程化的研究，并且“十一五”期间在3个关键技术方面取得了重大突破：①从井下工具测控原理到方法上取得了突破；②在定位总成的平台稳定性和控制方法上取得了突破；③在偏心稳定器的造斜能力上从原理到结构设计上取得突破。
大位移水平井井眼净化旋转因素数值模拟
西部 探矿 工程
５ １
大 位 移水 平 井井 眼净化 旋 转 因素 数 值 模 拟
李 明 ， 巨亚锋 王在强 郝炳英 洪玉奎。 ， ， ，
（． １ 长庆油田公司油气工艺研究院， 陕西 西安 ７０ ２ ； ． １０ １ ２长庆油田公司勘探开发研 究院，
Ｐ＋ ・ｑ ｒ 。 ＋∑ ＋ 向＋ ）
…
．
．．
ａｐ （ ＋ ｑ
． ＋
．）
４ 边界 条件
物理模 型为偏心状环形 空间 ， 其一侧 端面 为液 、 固两 相混合 入 口， 另一侧端 面为液 固两 相混合 出 口； 环空 内壁 为钻柱 ， 不考虑接头 的影响 ， 内边界条 件可 以设定 为表示
上看 ， 在考虑内管旋转 的情况下 ， 顺旋转方向固相在做 Ｏ 舢 Ｏ ５ １ 周 向运 动 的液相的带 动下也做 周 向的运 动 ， ２ 示环 图 所 空右侧固相被带起液相侵入固相 ， 固相体积分数在旋转 时比非旋转时降低近 １３ 液相浓度也相应增加。从 图 ／， ２ 中可以看出， 在考虑内管旋转时对井筒净化进行研究 更与实际情况接近。
２ 物理 模型结 构
的质量传递。根据实际情况环空内液、 固相之间没有相 互的质量传递 ， 即 内 。 一Ｏ （） ３ 流体运动方程：
ｌ 一Ｆ ｄ 或 ＋ ・ Ｆ －ｉ Ｄ ｐ ｉ 害 （ ） ＋－ Ｐ 宝 ＋ｖ Ｐ ｐ ｌ ｄ
ｑ 相受 到 的力包 括 ： 量力 、 质 虚拟 质 量力 、 间相 互 相 作用 力 、 有压力 等 ， 共 因此 ｑ相运动 方程 为 ：
５ 网格 划分
对所建 立 的数学 模型 进行 网格划 分 。在 计算 中 ， 先 采用较 疏 的 网格 ， 再不 断进 行细化 。当计算 流场划 分 为
气体钻井井底流场的三维数值模拟研究
计 的 空 气锤 钎 头 其 井底 流 场 的 速 度 、 力和 温度 分 布 合 理 ， 场 可 有 效 清 洗 井 底 、 流 携 岩 和 冷 却 钎 头 牙齿 ， 称 压 流 漫 对 三 喷 嘴 流 道 结 构 可 用 于 空 气锤 钎 头 的研 制 。数值 模 拟 结 果 与 气 体 钻 井 经 验 公 式 的计 算 值 比较 吻 合 ， 果 可信 ， 结 可
热 胀 数 一 （ ； ＝ｐ ．２ ｓ为 动力 黏 膨 系 ， 一１ ）ｆ Ｃ ￣ ／
。
度 ， ａ・ｓ 一０ ０ ； 为 流 体 比热 力学 能 ， 因次 ； Ｐ ； ． ９ｅ 无 ｅ 流 体 湍 流 耗 散 率 ， ｌ ｓ； 为 流 体 的 湍 动 能 ， 为 ｉ。 。 Ｔ／ ｍ ｓ ； ／ 为流 体导 热系数 ， （ ・ Ｅ 。 ｗ／ ｍ Ｋ）７ ］ 湍流模 型采 用 Ｒ ＿双方 程模 型【 ： ＮＧ ￡ ８ ］
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １０ ９ ． ０ ０ ０ ． ０ ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ — ８ ０ ２ １ ． ３ ０ ８
气 体 钻 井井底 流 场 的三维 数 值模 拟研 究
肖晓华 朱 海 燕 。 单 世 远。
（ ．西 南石 油 大学 基础 实 验 教 学 部 ，四川 成 都 １ 所， 川 四 Ｉ成 都 ６０５） １ ０ １ ６ ０ ０ ；２ １ ５ ０ ．江汉 石 油 钻 头 股份 有 限公 司 ，湖北 武 汉 ４ ０ ２ ； ．成 都 工 具 研 究 ３ ２３ ３
ｌ 空 气锤 钎 头 的计算 模 型
１ １ 数 学 模 型 ． 控 制方程
＋ ｖ．（ Ｈ）一 ０ Ｊ Ｄ
ａ ‘
ａ（ ） Ｉａ（
，
一
百
旋转导向钻井技术及钻井工具应用研究
旋转导向钻井技术及钻井工具应用研究摘要：在上个世纪九十年代的时候，我国成功地研制出了旋转导向钻井技术，这对我国来说，是一项伟大的研究，是值得我们每个人骄傲的事情。
这项旋转导向钻井技术对我国来讲，意义重大，其重要性不言而喻。
旋转导向钻井技术它与我国以前的传统技术存在着巨大的差异，与传统的控制眼井的技术方法截然不同。
它比这些以前应用的技术在使用方面的效果要好得多。
旋转导向钻井技术，它能大大提高钻井工具的工作效率，同时也可以不断提高钻井工具使用的安全性能。
由此可见，旋转导向钻井技术的重要性对相关领域、相关行业来说，是有多么重要。
关键词：旋转导向钻井技术钻井工具应用研究当前随着经济发展水平的提高，我国的科学技术也得到了一定程度上的发展，给我国的国民经济发展带来了一股新的发展力量。
同时随着旋转导向钻井技术的发明，以及近几年的应用改善，我国的旋转导向钻井技术也在一定程度上得到了发展。
而且对需要完成深水钻井工作作业的工作人员来说，他们目前随着工作作业的难度提升，他们的工作难度也在提升，因此旋转导向钻井技术的引入，对他们来说是一件幸福的事情。
他们可以在工作作业中，应用旋转导向钻井技术，这将会大大提高他们的工作效率，同时也可以提高他们的工作质量，这对他们来说，应用这项技术，是一种行之有效的手段，因此这项旋转导向钻井技术受到了人们的广泛青睐，应用范围也在不断扩大，当前越来越多的行业、领域都在使用这项技术。
而且据相关数据以及研究表明，将这项旋转导向钻井技术应用到工作当中，会大大提高工作效率，提高工作质量，避免在工作中出现不必要的失误，同时也给工作人员降低了工作风险，也给相关的企业以及单位降低了所要花费的费用。
在很长一段时间以来，我国对旋转导向钻井技术的研究都远远落后于国外的相关技术研究，他们的科学技术发展的早，基础设备也比我国的要先进的多，因此这项技术在很长一段事件以来，都是被外国垄断。
因此，我国成功的研究出了这项技术对我国甚至整个世界来说，也是一件进步的推进。
旋转钻柱内赫巴流体流动模型与流场特性研究
ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ Ｈｅ ｒ ｓ ｃ ｈ ｅ ｌ — Ｂ ｕ ｌ ｋ ｅ ｌ ｙ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｉ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｓ ｔ ｒ ｉ ｎ ｇ ． Ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｉ ｎ ｇ
ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｍａ ｓ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｌ ｅ ｄ ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｎ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ — ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｆ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｃ ａ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ａ ｓ ａ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｎ ｄ ｉｌ ｒ ｌ ｓ ｔ ｉ ｒ ｎ ｇ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
取心钻头孔底流场仿真与优化研究
管理及其他M anagement and other取心钻头孔底流场仿真与优化研究徐 焜摘要：本研究旨在探索取心钻头孔底流场的仿真与优化方法。
通过建立数值模型并采用计算流体力学方法，对取心钻头孔底流场进行仿真模拟。
在此基础上，通过优化设计参数，提出改进方案以提高孔底流场的均匀性和穿透力。
本研究对于提高取心钻探效率和准确性具有重要意义。
关键词：取心钻头；孔底流场；仿真；优化；计算流体力学取心钻探是地质勘探中常用的一种方法，其准确性和效率对于地质研究和资源勘探具有重要影响。
而取心钻头孔底流场的均匀性和穿透力是影响取心钻探质量的关键因素之一。
然而，目前对于取心钻头孔底流场的研究还相对有限。
因此，本研究旨在通过仿真与优化方法，对取心钻头孔底流场进行研究，为取心钻探的改进和优化提供科学依据。
1 取心钻头孔底流场的特点与影响因素本节将从三个方面进行阐述，包括取心钻头的结构与工作原理、孔底流场的形成机制以及影响孔底流场均匀性与穿透力的因素。
1.1 取心钻头的结构与工作原理取心钻头作为取心钻探的关键工具，其结构和工作原理直接影响着孔底流场的特点。
取心钻头通常由外壳、切削刃和取心管等部分组成。
外壳具有较高的强度和刚度，保护内部切削刃和取心管免受外界环境的干扰。
切削刃通过旋转和切削作用，将地层物质切削为取心样品。
取心管则负责收集和固定取心样品。
1.2 孔底流场的形成机制孔底流场的形成是由取心钻头的切削作用和流体的作用共同完成的。
当取心钻头切削地层物质时，会产生较大的摩擦力和切削力。
同时，取心钻头的旋转还会带动周围流体的运动。
这些流体包括切削液和地层水等，它们在切削过程中形成了孔底流场。
切削液起到润滑和冷却的作用，减小切削过程中的摩擦热和摩擦力。
1.3 影响孔底流场均匀性与穿透力的因素孔底流场的均匀性和穿透力是影响取心钻探质量的重要因素。
①取心钻头的结构参数对孔底流场的均匀性和穿透力具有重要影响。
例如，切削刃的形状和尺寸、取心管的直径等都会对流场的特性产生影响。
转速对轴流式ＰＤＣ_钻头井底流场影
２０２３年第５２卷第５期第１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）：１ １１文章编号：１００１ ３４８２（２０２３）０５ ０００１ １１转速对轴流式犘犇犆钻头井底流场影响曹 扬（中国石油大学（北京）安全与海洋工程学院，北京１０２２４９）摘要：ＰＤＣ钻头在钻进深井过程中，由于钻井液上返速度慢及井底压力大，使得井底岩屑难以上返，从而堆积在井底形成泥包，对钻进效率产生极大影响。
为了提升钻进效率，基于轴流泵原理，在ＰＤＣ钻头保径向上１０ｍｍ处设计了轴流泵叶片。
该叶片随钻头旋转，给予井底流体向上升力，增加井底钻井液上返速度，降低井底压力。
使用ＦｌｕｅｎｔＤＰＭ模型对轴流式ＰＤＣ钻头的井底流场进行数值模拟分析，结果为：随着钻头转速增加，①井底射流区、漫流区和上返区钻井液流速增加，出口区域流速也增加；②井底压力逐渐减小，刀翼切削处压力逐渐增大，钻头在井底的切向力变化较弱；③井底颗粒质量浓度、保径区域颗粒质量浓度和上返区域颗粒质量浓度逐渐降低。
关键词：轴流式ＰＤＣ钻头；转速；井底压力；流速中图分类号：ＴＥ９２１．１０２ 文献标识码：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ３４８２．２０２３．０５．００１犈犳犳犲犮狋狅犳犇犻犳犳犲狉犲狀狋犚狅狋犪狋犻狅狀犪犾犛狆犲犲犱狅狀犅狅狋狋狅犿犎狅犾犲狅犳犃狓犻犪犾犉犾狅狑犘犇犆犅犻狋狊ＣＡＯＹａｎｇ（犆狅犾犾犲犵犲狅犳犛犪犳犲狋狔犪狀犱犕犪狉犻狀犲犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犆犺犻狀犪犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犘犲狋狉狅犾犲狌犿（犅犲犻犼犻狀犵），犅犲犻犼犻狀犵１０２２４９，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＤｕｒｉｎｇｔｈｅｄｒｉｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＰＤＣｂｉｔｓｉｎｄｅｅｐｗｅｌｌｓ，ｔｈｅｓｌｏｗｕｐｗａｒｄｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｄｒｉｌｌ ｉｎｇｆｌｕｉｄａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｗｅｌｌ，ｍａｋｅｉｔｄｉｆｆｉｃｕｌｔｆｏｒｒｏｃｋｃｈｉｐｓｔｏｒｅｔｕｒｎｔｏｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｗｅｌｌ，ｔｈｕｓｆｏｒｍｉｎｇａｍｕｄｐｏｃｋｅｔａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｔｈｅｗｅｌｌ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｓｉｇ ｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｄｒｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｄｒｉｌｌｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉ ｐｌｅｏｆａｘｉａｌｆｌｏｗｐｕｍｐ，ａｘｉａｌｆｌｏｗｐｕｍｐｂｌａｄｅｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｔａｒａｄｉｕｓｏｆ１０ｍｍａｂｏｖｅｔｈｅＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔ．Ｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｔａｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｒｉｌｌｂｉｔ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｕｐｗａｒｄｌｉｆｔｔｏｔｈｅｗｅｌｌｂｏｒｅｆｌｕｉｄ，ｉｎｃｒｅａｓ ｉｎｇｔｈｅｕｐｗａｒｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｗｅｌｌｂｏｒｅｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄ，ａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｗｅｌｌｂｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＦｌｕｅｎｔＤＰＭｍｏｄｅｌ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆａｎａｘｉａｌｆｌｏｗＰＤＣｄｒｉｌｌｂｉｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ａｓｔｈｅｂｉｔｓｐｅｅｄｉｎｃｒｅａｓｅｓ，（ｉ）ｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｆｌｕｉｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｉｎｔｈｅｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅｊｅｔ，ｄｉｆｆｕｓｅｆｌｏｗ，ａｎｄｕｐｓｔｒｅａｍｚｏｎｅ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｎｔｈｅｅｘｉｔｚｏｎｅａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｓ；（ｉｉ）ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａ ｓｅｓ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｔｈｅｃｕｔｔｅｒｗｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｂｉｔａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅｉｓｗｅａｋ；（ｉｉｉ）ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎ ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｎｆｏｒｍａｌｚｏｎｅａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｕｐｓｔｒｅａｍｚｏｎｅ 收稿日期：２０２３ ０２ ２２ 基金项目：中国石油天然气集团有限公司科学研究与技术开发项目“自动化与高效钻完井新装备新工具研制”（２０１９Ｂ ４００９）。
牙轮钻头井底流场研究
作者： 姜海成
作者机构： 大庆钻探集团钻井二公司
出版物刊名： 化工管理
页码： 26-26页
年卷期： 2014年 第14期
主题词： 牙轮钻头;井底流场;改善;破岩;效率
摘要：牙轮钻头是石油钻井过程中常用的钻头形式。
常用的牙轮钻头为三牙轮钻头,在钻井过程中,通过牙齿对地层岩石的冲击压入破碎地层岩石,完成钻头的钻进。
井底流场是影响到钻头破岩效率的重要因素,在牙轮钻头中更是如此。
牙轮钻头的井底流场关系到钻头射流的破岩效率,以及钻头产生的岩屑能否及时的返出井底。
因此需要开展牙轮钻头的井底流场研究,改善和优化牙轮钻头的井底流场,提高牙轮钻头井底破岩的效率,提高钻井速度。
文章通过资料调研,研究了三牙轮钻头的井底流场,并且分析了提高牙轮钻头射流辅助破岩效率的方法。
通过研究对于提高三牙轮钻头的工作效率具有重要的意义。
钻头保径对底部稳定器流场影响的数值模拟
钻头保径对底部稳定器流场影响的数值模拟谭春飞;姚洋;李博文;王雨轩;李世豪【摘要】为了对涡轮钻具近钻头减压稳定器棱叶片进行合理设计,深入研究稳定器数值模拟的真实性和内部流体流动特性,运用计算流体力学软件NUMECA,基于S-A湍流模型及SIMPLE算法对设计的钻头保径段、近钻头减压稳定器和涡轮钻具稳定器导叶结构组合段内部的流场进行了三维数值模拟.主要研究钻头保径结构对流体流动的干扰,及对稳定器内流场流动的影响.模拟结果表明钻头保径结构对流体流动方向干扰很大,对稳定器入口段流场流动影响较大.为了降低不必要的水力损失,设计稳定器叶片需要考虑保径结构的影响.%In order to acquire reasonable designs of the near bit decompression stabilizer blade of the turbine drill,a numerical simulation of the flow field in the NUMECA based on the S-A tur-bulence model and SIMPLE algorithm is carried out.The simulation results show that the struc-ture of the bit gauge protection has a great influence on the direction of the fluid,and the influence on the flow field in the inlet section of the stabilizer is large.In order to reduce the unnecessary hydraulic loss,the design of the stabilizer blades needs to consider the influence of the gauge pro-tection structure.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2016(045)005【总页数】5页(P24-28)【关键词】钻头;稳定器;影响因素;CFD【作者】谭春飞;姚洋;李博文;王雨轩;李世豪【作者单位】中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)石油工程学院,北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE921.102为适应涡轮钻具工作转速高的特点，设计了一种新型的近钻头减压稳定器，改善该稳定器的叶片造形，使其具有轴流泵的工作特性[1-4]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｑ—
１ ２ ＋ ， ０［ 【
（） ３
究 ， 没有 考虑井 底 的流场 作用 。 内在 ９ 但 国 ０年代 ，
以 石 油 大 学 为 代 表 的 科 研 机 构 开 始 进 行 了 一 些 相 关 的
ｕ 。 （． ：。 ０ ５ ，） ｃ ‘ ｏ １ ２ 湍 流 模 型 ． 计 算 采 用 标 准 满 足 以 下 式 ｅ 型 ， 能 和 湍 能 耗 散 率 分 别 模 湍
均 ， 为 静 压 。下 标 的 表 示 满 足 求 和 约 定 。源 项 Ｑ 包 Ｐ 含 了离心 力与柯 氏力 的作用 。
ｒ Ｏ ］
快， 产生 大量 的岩 屑需及 时清 除 以免 引起 钻 头泥包 ， 降 低 钻速 及其使 用 寿命 。因此对 钻 头井底 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 ０年 代 中 后 期 ， 已相 继 有 一 些 这 方 面 的 研
程 中的常量 参数 为 ： ＝ ． ９ （． ． ４ Ｃ 一 １ ９ ． Ｃ ＝ ０ ０ ， 、 一１ ４ ， ＝ ． ２
Ｏ 一 １ ０， ＇ ｋ ． 一 １ ３。 ．
不 对称 布置 ４个 喷嘴 ， 头表 面距 离井底 为 ４ ｒｍ。 钻 ０ ａ 为 简化 计算 几何 边界 ，暂 不考虑 钻头 底面 几何 形状对 流 场 的影 响 ， 为钻 头底 面为 一平 面 ， 流动相 对定 常 ， 认 且 钻 头 以角速度 一１ Ｏ ／ ｎ匀 速绕 井 中心 轴 旋转 ，采 Ｏ ｒ ｍｉ 用 的介 质为水 。
１ １ 旋 转 坐 标 系 下 流 动 控 制 ：
／ｔ ａ＋ ＦＩ ＋ Ｆｖ Ｑ —
— —
口 ［ ａ ￣） Ｐ］ ｄ ｆ “ （Ｐ／ ／ ！＋ｐ ｕ ｄ ＋ ／ ｒ ａ 一
ａ ＋ ｔ』 ｘ 孤 ｄ （Ｐ／ ｕ ａ ￣、， ＋ ｚ』 Ｎ
第３ Ｏ卷 第 ３期
２０ ＠ ２年 ６月
石
油
钻
探
技
术
Ｖ（１ ３（． 【． ）． Ｊ ＿ ） ＼
Ｐ ＥＴＲ（ ＩＥＵＭ ＤＲＩ Ｉ１ ） １ Ｎ（
ＴＦＣＨＮＩ ＵＥＳ Ｑ
Ｊ１ ．． （ ２ １Ｉ ２／ ． Ｆ ０
． 钻 井 与 完 井 ． 一
旋 转 钻 头 井 底 流 场 的 初 步 数 值 研 究
分 析 了 井底 和 钻 头 间各 面上 的数 据 ． 出 井底 流 场 的拓 扑 结 构 与 单 喷嘴 旋 转 射 流 产 生 的 结 构 很 相 近 ； 嘴 倾 斜 射 流 能 更 指 喷
好 地 加 强 井底 流 体 的 携 带 能 力 ．有 利 于 清除 滞 流 或 回 流 ；按 本 文布 置 的 非 对 称 分 布 的 ４个 喷 嘴 射 流 相 对 于 对 称 喷 嘴 射
研 究～ ，但均 没有将 三 维 、旋 转 、非 对称 多个 喷 嘴 。 ’
射 流等 多种 因素 全面考 虑进 行计 算 。笔者则 考虑 了以
上 多种 因素 的综 合作 用 ，对井 底 流场 进行 了多种情 况
是 ＋ ／
［ １ ０
（ ＋ ／ｋ ｖ ］一， １ ）ｌ ） ０ ￡
厂 ０
ｚＩ －ｌ
ａ ＋ｒ ｒ ｈ － ／
ｌ ｝ ／ ｔ ８
ｐ ｚ｛ ｔ Ｐ ｄ ，ａ
一
～
１ ０ ｌ 叫１ １ ０
＝
叫
Ｐ ｌ １ ， １ 】 ０ 叫 ＋ 叫
（ ４）
的数值模 拟 ，并详 细分 析 了计算 结果 ，为 了解钻 头 多
喷嘴射 流对井 底 流场 的水力作 用 ，改进 和 完善钻 头水 ￡ ＋＼ ｐ Ｅ （ ／ ７ Ｅ ￣ － ＋
一
） ￡ 一Ｅｋ （ ） ］ ／ ｃ Ｉ ／ ，
（ ５）
力 结构 设计 等提供 了参 考作 用 。 笔 者采 用 预处 理技 术 研 究 了直 径 为 ２ ６ ｍ 的钻 １ｒ ａ
头 ，其 上 分 别 以 ６ 。 ６×Ｒ４ （距 钻 头 表 面 中心 点 为 ２
４ ｒｍ，下 同 ） ５ 。 ４ 、２ ４ ×Ｒ ７和 ３ ６×Ｒ４ ２ ａ 、１ ４ ×Ｒ ５ ３ 。 ２ ３。 ０
Ｃ １￡ ０ ）
其 中， Ｐ一 一ｐ ｏ ” 涡粘 系数 一（ ￡． Ｖ” Ｓ， 、 ： 方
１ ３ 预处 理计 算方 法 ． 将 全部 求解 变量 建立 在 同一套 网格 土 ．义 中采用 － 了预处 理方 法进 行 变量求 解 。采用 的预 处理 方程 的 基
本 形式 为 ：
［ （Ｐ／ ａ ￣）
］ ＋ “ 山’ ／ ＋ ｔ ／ ＋ －
一０
（ ６）
１ 计 算 方 法 描 述
谢 翠 丽 ，杨 爱 玲 ，陈康 民
（ｆ海 理 工 大学 流体 机 械 研 究 昕 ． 上海 ２ （ ９ ） ０） ３ ０
摘 要 ：将 三 维 、旋 转 、非 对 称 多 个喷 嘴 射 流 等 多种 因素 全 面 考 虑 ，对 旋转 钻 头 井底 流 场 进 行 了数 值 模 拟 ． 详 细 并
流 ．能 明显 改 善 井底 流 动 ．对 钻 头设 计 有 直 接 指 导 意 义 。
关 键 词 ：射 流 ；三 维 ； 流 场 ；数 值 模 拟 ；钻 头
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ８ Ｅ ４
文 献标 识 码 ：Ａ
文 章编 号 ：１ 【 ８ ０ （ ０ ２ ） ．０ ６ ０ （） Ｏ ９ ２ ０ ）（ ０ ０ ３ Ｊ１ ３
钻井 过程 中 ， 底清 岩 和切削 齿冷却 是 Ｐ Ｃ钻头 井 Ｄ
水 力 学 的 突 出 问 题 。因 为 ， 井 过 程 中 Ｐ Ｃ 钻 头 转 速 钻 Ｄ
其 中。 ， 、 别 为无 ＇ 对 流项 和粘性 耗散 项 ，ｅ Ｆ 分 卡 占 ｔ 为相 对速度 ， 一” 永时 均值 ． ～ ”表示 对密度 取 平 “ 表 “