Power Drive VorteX钻具系统配套PDC钻头优化设计

Power Drive VorteX钻具系统是斯伦贝谢公司近年来开发的一款高效钻井工具。结合渤海某油田钻井作业难点、地层岩性特征以及已钻老井钻头性能评价情况,对Power Drive VorteX钻具系统配套PDC钻头进行了优化设计,包括PDC钻头初步选型,PDC钻头前期改进等。现场施工表明,使用该配套PDC钻头后能够大幅度提高机械钻速,作业周期大大缩短,取得了显著的经济效益。

海洋湍流下双拉盖尔-高斯涡旋光束的闪烁指数与误码率研究

采用功率谱反演法模拟了同轴叠加产生的双拉盖尔-高斯涡旋光束(Double Laguerre-Gaussian Vortex Beam,DLGVB)在海洋湍流中传输时的光强和相位分布,仿真分析了DLGVB光束在不同海洋湍流参数下的闪烁指数以及在基于开关键控调制的水下光通信系统中的通信误码率。结果表明,随着湍流动能耗散率的减小,盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率及传输距离的增加,闪烁指数逐渐增加;随着湍流动能耗散率以及拓扑电荷差值的增加,误码率减小。在海洋湍流环境下,使用DLGVB光束进行传输可以抑制海洋湍流带来的干扰,选择最佳的拓扑电荷差值,可以有效提高传输通信质量及通信系统容量。本文研究结果对涡旋光束及其叠加态在海洋湍流下传输特性研究及水下光通信系统持续扩容的发展需求方面具有重要的参考价值。

涡流钻头降压机制及设计原则

涡流钻头通过反向喷嘴和高速旋转形成负压漩涡,降低井底压差,提高钻井的机械钻速.对涡流钻头降压机制进行研究.采用混合网格计算方法分析反向喷嘴的轴向倾角、径向倾角、上返流量、出口高度和旋转速度等对涡流钻头降压性能的影响,并提出涡流钻头的设计原则.结果表明：反向喷嘴下方井底钻井液回流是影响涡流钻头降压能力的主要因素.涡轮钻头设计的理论原则：轴向倾角为150°～ 180°、径向倾角为60°～75°、上返流量大于30％、反向喷嘴的出口高度为100～140 mm,井壁间隙应小于3 mm,尽可能地提高钻头旋转速度.

自激振荡脉冲射流喷嘴的理论分析

由作者发明和研制成功的自激振荡脉冲喷嘴在相同条件下与常规的连续射流相比 ,射流的峰值压力 ,冲蚀体积和射流的有效靶距均得到明显的提高 ,文中简要地对作者发明和研制的自激振荡脉冲喷嘴的基本理论 (剪切流动的稳定性、扰动波的有效反馈条件、振荡腔内剪切层的漩涡结构及在变换平面λP 中点涡的复速度势的计算等 )

部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中的模态强度

为了探究部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱中模态强度的演化规律,基于广义的Huygens-Fresnel原理和Rytov近似理论,推导了部分相干Airy涡旋光束的轨道角动量模态概率的解析式。结合MATLAB的数值模拟,研究了部分相干Airy涡旋光束在非Kolmogorov谱湍流大气中传输时湍流参量和波束参量与涡旋模态强度的关系,对部分相干Airy涡旋光束的相干宽度在传输过程中对模态强度的影响进行了理论分析。结果表明,选取拓扑荷数较小、主亮环半径较大、波长较长的部分相干Airy涡旋光束能有效减缓湍流效应的影响,减小强湍流中模态间的串扰;较大的湍流谱幂指数和较小的探测器孔径直径能提高部分相干Airy涡旋光束的模态强度;与完全相干涡旋光束相比,部分相干涡旋光束具有较强的湍流阻力,在大气湍流中能有更好的传输性能,相干性较差会导致螺旋谱分布弥散。这些结果对自由空间光通信的研究具有一定的参考价值。

THEORY AND EXPERIMENTAL STUDY OF THE SELF-EXCITED OSCILLATION PULSED JET NOZZLE

Comparing with usual continuous jet nozzle, the self-excited oscillationpulsed jet nozzle SEOPJN) can make jet generate a higher peak of pressure and larger scouringvolume. And it can make jet increase the effective standoff distance, too. The basic theories of theSEOPJN are introduced. Some experimental results are shown. According to the results, using tricornbits assembled the SEOPJN to drill oil well, the ROP increases by 8 percent approx 77 percent, andthe rates of the footage for tricorn bit increases by 6.7 percent approx 44.0 percent.

防涡PDC钻头的研究与应用

文章介绍了PDC钻头的发展现状和对地层的适应性情况,岩层的耐磨性、可钻性和钻头的布齿方式、布齿密度、复合片切入地层角度等是对PDC钻头钻进影响最大的因素。分析了PDC钻头的涡动形成机理,介绍了防止钻头涡动的方法。针对钻头稳定钻进的需求,对PDC钻头进行了防涡优化设计,现场使用结果表明,防涡PDC钻头能缩短钻井周期,提高钻井速度,延长使用寿命,钻进过程十分稳定,对井斜的控制取得了比较理想的效果。

领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场数值模拟

针对领眼与扩眼双级PDC钻头,利用FLUENT有限元软件进行了井底流场数值模拟,得到了四刀翼双级PDC钻头与六刀翼双级PDC钻头井底的速度场、压力场特征。仿真结果表明,领眼钻头刀翼上的内侧切削齿由于低速滞留区的存在导致表面钻井液流速较低,清洗效果较差;从领眼钻头井底上返的钻井液流过阶梯状环空井眼台阶处时出现压力波动。对比两种双级PDC钻头仿真结果,四刀翼双级PDC钻头领眼体与扩眼体井底水力能量分配更加均衡,同时领眼空间与扩眼空间均形成了较大的轴向压差,更加利于钻井液携岩上返。领眼钻头的井眼尺寸、领眼钻头与扩眼钻头喷嘴的过流面积配比对于双级PDC钻头的井底流场有着较为明显的影响。

基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究

采用计算流体力学方法对大通孔开闭式钻头[1]的流场进行数值模拟。对不同工况下的速度场进行分析,获得了最佳钻进风量,并发现流场中存在"阻塞漩涡"。对最佳流量工况下的压力场进行分析,发现流场中还存在"抽吸压差"。获得了"阻塞漩涡"和"抽吸压差"对排渣和散热的影响机理,为钻头的优化设计提供了一些参考依据,为松软突出煤层全孔筛管护孔瓦斯抽采技术在煤矿中推广应用奠定了基础。

旋转流场下PDC钻头的数值模拟仿真

利用fluent软件对简化的PDC钻头进行了三维旋转流场和非旋转流场的数值仿真。结果表明:钻头底部流道的逆流,是由于井底的特殊形状,致使高速流体与井壁碰撞,在黏性力的作用下造成的;钻头四个喷嘴正对分布时,钻头底部中心的涡旋,是由于喷嘴对称分布,使四股流体经井底相互碰撞,在黏性力的作用下造成的。由于涡旋会降低钻井液的携岩能力并对钻头造成磨损,所以有必要减少涡旋的产生。

PDC钻头旋转喷嘴流场特征仿真研究

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。

涡流式水力降低井底压差机制及现状

石油与天然气钻探实践表明,降低井底压差,减小岩屑的压持效应,并尽量实现井底的欠平衡条件,可以显著提高钻井的机械钻速。本文在介绍涡流式水力降压技术的原理的基础上,综述了环空涡流泵、涡流式水力降压短节和涡流钻头等涡流式水力降压工具的结构特点、降压效果和研发应用情况,采用计算流体力学软件对涡流PDC(聚晶金刚石复合片)钻头的井底流场进行了数值模拟研究。结果发现,涡流钻头与井壁间的密封是降压的关键,推荐上返喷嘴的倾角为150°—180°,推荐上返流量为32%以上,为涡流钻头的研发提供理论指导。