粒子射流喷射钻塞流场特性及参数优化

为有效利用粒子射流能量,实现粒子射流井底全覆盖并避免对套管壁冲蚀,运用计算流体力学欧拉-拉格朗日方法,建立粒子射流喷射钻塞的计算流体力学模型,阐明固液两相粒子射流喷射钻塞的流场特性,优化设计钻塞参数,并进行试验验证。结果表明粒子冲击塞面后开始反弹,速度明显降低,井底最高压力分布在冲击区;随周向喷嘴个数增加水泥塞冲蚀速率先逐渐增加后减小,6个周向喷嘴时冲蚀速率最大;中心喷嘴的加入消除了井底中心处低速区,使中心漩涡也明显减弱;喷嘴倾斜角为5°时,平均冲蚀率最大,对井壁冲击力最小;喷距为3 cm(约5倍喷嘴直径)钻塞效果较好;全尺寸地面试验表明粒子射流可有效覆盖整个井底,实现水泥塞快速钻进。