PDC钻头保径块结构参数流场特性模拟研究_论文

第 l 4卷 第 4期  重庆科 技学 院学 报 ( 自然 科学 版 )   21 0 2年 8月   P C钻 头保径块 结构 参数流场特性模拟研 究  D 熊继 有  贺 培 t 梁红 军 z 秦 大伟  许 红 林 t     (. 1西南石 油 大学 油 气藏 地质 及 开发 工程 国 家重 点 实验 室 , 都 成 2 中国石 油塔 里木 油田库 车勘探 开发 项 目经理 部 , 里木 . 塔 600 ; 1 50  810) 400   摘 要 : 用数值模拟手段 , — 利 在k s双 方 程 模 型 基 础 上 计 算 封 闭 的 N S方 程 , 保 径 块 结 构 进 行 流 场 模 拟 。 随 着保  — 对 径 块 螺 旋 角 度增 大 . 体 旋 流作 用加 剧 , 径 块 内 流速 增 加 明显 ,O 2 o 旋 角度 的保 径 块 最 适 合 P C钻 头 。 常 用  流 保 1  O 螺 D 在 保 径 长 度 范 围 内 . 径 块 长 度 对 P C钻 头 流 场 影 响微 小 。 随着 保 径 宽 度 增 加 , 径 块 下 端 涡 流 区域 增 大 , 径 宽 度  保 D 保 保 大 于 3  ̄ . 流 区域 急 速 扩 张 。 刀翼 P C钻 头 保 径 宽 度 应小 于 3 o  0时 涡 五 D 0。 关键 词 : D P C钻 头 : 径 块 ; 旋 角 度 ; 径 长 度 ; 径 宽 度 ; 保 螺 保 保 流场 特 性  中 图号 : E 1   T 39 文 献 标 识 码 :  A 文 章 编 号 :6 3 1 8 (0 2 O — 0 4- 5 17 — 9 0 2 1 )4 0 6 -   0 目前 .D P C钻 头 在定 向井 、水平 井 钻 井 中得 到  广 泛应 用 . 径 块 的结 构 特征 和 配 置 直接 影 响着 钻  保 头 的稳 定 性 、 向性 和 井 眼 质 量 . 时也 影 响 P C 导 同 D  钻 头 的水 力 结 构  针 对 应 用 于定 向井 、水 平 井 的  P C钻 头保径 块 的结 构设 计 . D 国内外对 P C钻 头 的  D 水 力 学 研 究 主要 采 用 实 验方 法 和数 值 模 拟  ] 种  两 手段  本 文利 用 C D技 术 . F 对不 同保 径 块结 构参 数  对流 场特 性 的影 响进行 数值 模拟 研究  图 1 PDC 钻 头 保 径块 井底 流 场 三维 物 理 模 型 图    1 物 理 模 型 与 数 学 模 型 的 建 立    由于 P C 头结构 复 杂多样 . D 钻 采用 实体 P C钻  D 头研 究 保 径块 结 构 参数 对 流 场影 响效 果不 明显 . 所  以简 化实 体模 型 . 用 如 图 1 示 物理 模 型 进 行研  使 所 该物 理模 型为一 轴对 称 的 回转空 间 .钻井 液在  保径 块流 道 中的流 动是 稳定 流动 。因此模 拟模 型采  用稳 定 、 不可 压 缩 的 紊 流方 程 ( a i — tk s 程 ) N ve So e 方 r   作 为控 制方程 。同 时采用 高雷 诺数 下 的 k s双方 程  - 模 型 建 立 封 闭 的控 制 方 程  . 制 方 程 的通 用 形 式  控 如下 :   究 。对 模 型进行 如下 简 化和假 设 : 1井 壁 为光滑 规  () 则 井壁 ;2 井 眼是无 扩径 或缩 径 的标准 井 眼 ;3 忽  () () 略保径 块上 保径 齿影 响 。模拟 保径 块物 理模 型外 径  为 2 59 1. mm. 内径 为 16 4 mm, 径 块个 数 为 5个 , 保 位  置 角 分别 为 0 、0 、2 。 10 和 2 0 。模 拟 保径 块  o6 。 10 、8 o 4 o 螺 旋 角度 时 . 径块 长度 为 2 ” 宽度 为 占圆周度 数  保 . . 5 2 。 3 . mm) 模 拟 保 径 块 长 度 时 , 径 块 螺旋 角  0 ( 76 8 : 保 业O   x O } O :  肌  0『O] x r r ÷[ J   盟j       僦L(  OL r   誓卜 r   r   + () 1  度 为 1 o宽 度为 占圆周度 数 2  ̄ 3 .8 m) 模 拟保  5, 0 ( 76 r ; a 径 块 宽度 时 。 径块 螺旋 角度 为 1  ̄长度 为 25  保 5, .” 式 中:一 通 用 变 量 ,可 以代 表 U、 k  等 求 解 变    V、 、 收 稿 日期 :0 2 0 — 3 2 1 — 3 2  基金项 目: 国家 自然 科 学 基 金项 目( 0 1 0 3   9 60 1 ) 作 者简 介 : 继 有 ( 9 l ) 男 , 授 , 士 生 导 师 , 究 方 向为 钻井 工艺 、 头 水 力学 、 压 水 射 流 理 论 与 应 用 等 熊 15 一 , 教 博 研 钻 高 ? 。  6 ? 4  

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