反向水眼磨鞋数值模拟研究及结构设计

页岩气藏勘探开发过程中,完成压裂施工作业后需要进行通井钻磨作业,钻磨过程中常常发生磨鞋被卡住或连续管下入困难的情况,因此磨鞋的设计与优化研究对改善磨鞋卡钻问题、保证页岩气的高效增产开发具有重要意义。鉴于此,基于传统磨鞋结构研发了一种能够额外向井底方向提供推力的反向水眼磨鞋工具,并结合流体动力学基本理论,建立了工具流场计算域的几何模型;在此基础上进行了不同孔眼直径、不同孔眼数目、不同孔眼与工具中轴线角度下的流场分析,完成了该磨鞋结构的推力计算,并对工具结构进行了优选。研究结果发现:反向水眼磨鞋推力主要由管柱内外节流压差产生;改变孔眼直径是调整节流压力及调整工具推力最直观有效的方法;反向水眼磨鞋结构优选孔眼直径为5.61 mm,孔眼角度为17°,孔眼数目为5;优选的反向水眼磨鞋结构能够帮助连续管顺利下入,产生的推力可以多拖动长达430 m的连续管管柱。研究结果对于现场通井钻磨作业过程中所需磨鞋的设计与优化具有一定的指导意义。