基于CFD的随钻扩眼工具冲洗水眼设计

目前国内尚无应用计算流体力学(CFD)方法对随钻扩眼工具进行分析的先例。为此,基于CFD方法,采用赫-巴流变模式和RNG k-ε湍流模型对随钻扩眼工具的内外部流场进行仿真计算。通过对流场流线形状和流线分布情况进行分析,着重研究了冲洗水眼放置位置、水眼出口大小和水眼后置角度等对非水基钻井液流场的影响。分析结果表明,后置式冲洗水眼不会产生涡流,可直接冲洗切削刀翼,因而设计时宜采用后置式水眼结构;后置式水眼的出口不宜太大,否则分流过多影响前方钻头工作;也不能太小,影响岩屑输送和切削刀翼温度的降低,设计时应考虑实际情况在5～6 mm的区间内取值;后置式水眼的后置角度不能太大,否则钻井液向上的速度分量衰减过快,设计时可根据具体结构在30°附近取值。