水平井脉冲内磨钻头的设计及水力建模

水平井钻进过程中往往因携岩不利、清岩不及时,低边堆积的岩屑床会导致托压、底部钻具组合黏托甚至卡钻等问题。为此,在分析岩屑床形成原因的基础上,基于赫姆霍兹振荡腔脉冲生成、射流泵和高压射流等理论,设计了一种新型水平井赫姆霍兹式脉冲内磨钻头——该钻头依靠高速脉冲射流辅助破岩、反向射流负压抽汲钻头底部钻屑以及内磨削结构减小钻屑粒径,实现了高效清岩破岩,减小压持效应,清除水平井岩屑床。进而分别建立了脉冲生成装置、高效破岩装置、反向抽汲装置的水力模型。模拟计算结果表明:①谐振最优流量随进给腔直径、反馈腔直径的增大而增大,随谐振腔直径的增大而减小,谐振最优流量与各因素近似呈线性关系;②反向抽汲装置的最优流量比随无量纲流量比先增大后减小,随无量纲面积比的增大而减小;③通过算例分析得到赫姆霍兹振荡腔固有频率为24.00 Hz,谐振最优流量为23.92 L/s,最优流量比为0.59,并经实例分析验证了水力模型的准确性。结论认为,该新型钻头为解决岩屑床的堆积问题提供了一种新的方案。