井下水力它激振荡腔室内流场的数值模拟

振荡腔室内流场特性是研究钻井水力它激振荡的重要内容。文章首次把数值模拟的方法应用到对它激振荡腔室内流场的研究中,采用湍流的Girimaji非线性模型能很好地模拟腔室内的流场。通过数值模拟,描述了腔室内流场的特性,找出了它激振荡腔室自增流量与腔室结构参数及流体性质之间的关系。模拟结果表明:腔室结构和流体性质对自增流量有着很大的影响,并且规律性很强。喷嘴直径比值和上喷嘴流量是最主要的两个因素,在模拟条件下,最优喷嘴直径比值为1.5,自增流量随着入口流量的增加而增大。流体性质具有一定影响。

基于它激振荡增大水力能量的理论研究

水力它激振荡是利用钻井环空流体作为它激源来增大井底水力能量。对水力它激的作用方式、扰动波特性、激励条件和共振腔内流体流动特性理论模型进行了较全面的理论分析。结果表明,k—ε方程的非线性模型能够很好地描述水力它激共振腔的紊流流动特性。理论模拟结果与实验结果十分吻合,它激振荡比自激振荡平均增大水力能量20%左右,瞬时能量增大1倍多。

环空液体它激振荡脉冲射流数值模拟

钻井过程中,对于如何利用井下环空液体的水力能量问题是钻井界关注的重大理论与实践问题。为此,利用这个水力能量作为它激源,形成它激振荡脉冲射流的方法,基于流体动力学、瞬变流和边界层理论,采用CFD软件,对它激共振腔的流体流动特征、几何参数和流体参数进行了数值模拟。结果表明,在相同条件下,它激振荡自增流量可达20%左右,出口动压力比自激振荡脉冲射流提高一倍左右,环空返速对自增流量的影响极小,模拟结果与实验结果十分吻合,提高了井底辅助破碎岩石的水力能量。在此基础上,对它激共振腔的结构参数进行了优化设计,为开发新产品提供了理论依据。