牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。

PDC-牙轮复合钻头破岩过程中温度场研究

钻头是破碎岩石获取原油最直接的钻井工具,其使用寿命、结构性能直接影响着钻井效率.PDC-牙轮复合钻头是近年来出现的新型钻头,其破岩方式兼并了PDC钻头及牙轮钻头的特点,在耐磨性高且坚硬的地层采用碾压与刮切相结合的方式,先依托牙轮牙齿压碎岩石,随后PDC切削齿再进行刮切.同时在破岩钻进的过程中,会在井底产生大量的岩屑,与岩石之间的碾压切削摩擦还会生成大量的热量.钻井液通过喷嘴到达井底,达到携岩和冷却钻头的作用,但目前基本以齿面速度来作为判定冷却效果的依据,没有通过温度值来进行评估.本文基于传热理论与热磨损理论,建立复合钻头破岩过程中温度场,为复合钻头井底流场冷却效果的分析奠定基础.

基于Web服务的PDC钻头井底流场分析平台研究

为解决常规PDC(polycrystalline diamond compact)钻头井底流场水力性能数值模拟分析时存在的门槛高、耗时长、重复工作量多等问题,建立了基于Web服务的PDC钻头井底流场分析平台。平台框架由上至下分为软件接口层、分析服务层和结果输出层。在服务端通过知识封装技术实现钻头井底流场分析过程的自动化、参数化和集成化;利用Web封装技术对参数化流场分析模板进行封装和管理,从而实现客户端基于Web服务的PDC钻头井底流场的分析研究。实例验证表明,采用该平台分析PDC钻头水力性能可有效降低CFD软件的使用门槛,提高钻头井底流场的分析效率,节约人力与物力,能够为石油装备企业提供规范化的技术支持。

基于EASA的PDC钻头井底流场分析平台研究

常规PDC钻头井底流场水力性能的数值模拟分析具有门槛高、耗时长和重复工作量大等缺点。鉴于此,建立了一个基于EASA封装软件的PDC钻头井底流场分析平台。通过对CFD软件的集成,利用EASA软件建立友好的用户界面,并对CFD底层应用程序进行封装,实现用户界面与底层应用程序之间的数据交互,通过网络发布和共享,用户即可对PDC钻头井底流场分析平台进行远程调用。实例验证结果表明:通过该平台进行PDC钻头水力性能的分析可有效降低CFD软件的使用门槛,提高钻头井底流场的分析效率,节约人力与物力资源。研究结果能够为石油装备企业及现场应用提供规范化的技术支持。

大开挖穿越管道热力耦合分析

长输管道穿越河流工程,主要采用大开挖穿越施工方式。正常运行的大开挖穿越河流管道所穿越地形高差较大,所受载荷情况较为复杂,对其进行力学行为研究显得十分必要。通过建立大开挖穿越河流管道力学模型,阐述其力学模型、求解过程以及热应力补偿计算方法。通过ANSYS有限元软件建立大开挖埋地管道热力耦合计算模型,分析管道在保温条件下不同进出口温度对管道应力、应变和位移的影响,为长输埋地管道的保温工艺提供有益参考。

流道形状对PDC钻头携岩和冷却效率影响研究

在实际钻井过程中,PDC钻头的流道形状对钻头是否泥包有着重要影响。为了深入了解流道形状对PDC钻头携岩和冷却效率的影响规律,文中通过改变排屑槽轮廓平分线与切削轮廓平分线的夹角α值大小来调整PDC钻头模型的流道形状,并对各钻头模型进行破岩仿真获取各个切削齿的切削量、岩屑初始运动速度和方向;将具有一定质量流量、初始运动速度和方向的岩屑假设为从齿面生成进入流场的球状颗粒,采用拉格朗日粒子追踪法对岩屑颗粒运动进行追踪;把滞留岩屑量、流道排出岩屑匹配值均方差σ和切削齿散热量相对值作为钻头携岩和冷却效率的量化评价指标。数值结果表明:流道形状直接影响钻头的携岩和冷却效率,α值越大σ越小,井底的滞留岩屑量越小,钻头冷却效率越高。受PDC钻头结构设计限制,流道的形状设计存在一个最优值,且其最优夹角α值应在0°左右,正角最佳。