不同喷嘴组合超高压射流破岩钻进特性分析

本文对不同喷嘴组合方式时超高压射流井底流场特性进行数值模拟.根据得出的井底流场的速度矢量图和井底压力分布图,分析超高压钻头喷嘴组合形式对流场结构及钻进效果的影响.结果表明,三个垂直的边喷嘴组合破岩效率较高,但清洗井底效果不佳,冲蚀井壁严重;中心加-个喷嘴可解决清洗井底及冲蚀井壁的问题,但要求高压流体排量增加;两个垂直边喷嘴与-个中心倾斜喷嘴的组合及-个垂直边喷嘴和-个中心倾斜喷嘴的组合流场结构对钻进较为有利.     

超高压淹没射流破岩规律实验研究

 超高压水射流在石油工业中的应用主要是超高压射流联合机械破岩。对超高压淹没射流破岩规律的研究,其目的在于为超高压PDC钻头的研制提供依据。研究发现：影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而升高,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径,150 MPa时破岩效率最高,喷射角度在12.5°时破岩效果最好。     

钢粒间干涉对冲击破岩效果的影响北大核心CSCD

相对于常规高压射流破岩方式,在高压射流中加入钢粒,使其高速喷出冲击岩石的方法,能够显著提高射流的能量利用率。应用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,对多钢粒冲击破岩的过程进行仿真,并设计室内实验进行验证。钢粒冲击破岩的过程如下：0~20s,钢粒侵入深度迅速增加;20~80s,钢粒侵入深度继续增加,但增加幅度减小;80s后,钢粒侵入深度基本不变。另外,由于钢粒间干涉的影响,钢粒冲击破岩的体积与钢粒浓度并不是简单的正比关系。实验得出,当钢粒浓度为0.5%~3.0%时,随着钢粒浓度的增大,破岩体积明显增大;而当钢粒浓度大于3.0%后,钢粒浓度增加,破岩体积变化很小。     

基于SPH方法粒子射流破岩数值模拟与实验研究

钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石,实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩,有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,考虑流体对粒子射流冲击的影响,建立了粒子射流冲击破岩的物理模型,获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律,进行了室内实验验证,验证了SPH方法的有效性。结果表明:粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑;同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍;随着粒子射流冲蚀时间的增加,粒子射流破岩体积不断增加,但破岩效率降低;粒子射流压力大于10 MPa后,粒子射流破岩效率迅速增大;喷射角度大于6°后,破岩效率迅速减小。     

粒子冲击破岩的数值模拟分析

 应用ANSYS/LS-DYNA模拟粒子冲击破岩的三维非线性冲击动力学问题,得到了破岩过程中能量的转化关系以及粒子冲击破岩的演化过程,分析了粒子冲击破岩机理。模拟结果较好地反映了粒子冲击破岩的物理过程,模拟结果与实验结果基本一致,证明了模拟方法的可行性。研究结果为水力参数优选等提供一定的理论依据。