基于引射原理的侧吸式反循环钻头结构参数数值研究

为进一步提高潜孔锤反循环连续取样钻进时反循环取样效果,减少环空岩粉(岩样)漏失,创新地设计出具有引射器结构的侧吸式反循环钻头,并在试验与计算流体动力学(CFD)数值模拟的基础上通过对钻头喷嘴与接受段入口的距离LNT、喷嘴直径DN、底喷孔直径DT、扩压槽深度LD 4个关键参数对环空气体泄漏量影响规律进行研究,探讨引射原理在提高钻头反循环能力上的可行性及其效果,同时为优化设计提供理论依据。研究结果表明:将引射原理引入到反循环钻头中用于降低环空泄漏,提高反循环效果是完全可行的,且效果明显要好于传统的国内传统反循环钻头的效果好;另外,侧吸式反循环钻头的反循环效果受LNT,DN,DT和LD影响明显,且总存在最优结构参数使其反循环效果达到最佳;对于直径为108 mm的侧吸式反循环钻头,LNT=-10 mm,DN=5 mm,DT=14 mm,LD=40 mm是比较理想的参数组合。

反循环钻头参数优选系统的建立

气动贯通式潜孔锤钻进技术以其独特的技术优势在岩土与钻探界广泛应用。然而在复杂地层钻进中,由于钻头结构不够合理,反循环往往形成困难或难以形成,使该技术的应用受到限制。针对该问题,作者运用理论分析、数值模拟与实验研究相结合的科学研究手段,对影响反循环形成的钻头新增引射孔各参数、底喷孔各参数以及其它相关参数进行优化设计,得到一系列适合不同规格钻头的相关参数值及其回归方程。将研究结论与专家的经验总结汇合编写了钻头参数优选系统。研究结论应用于生产试验中,岩矿芯采取率达到98%以上,反循环形成顺利,岩矿芯完整度好。

泵注反循环钻井循环压耗实验研究

泵注反循环钻井是一种新型钻井方式,在钻复杂结构井时具有井眼清洁、机械钻速高等优点。循环压耗是泵注反循环钻井能否实现的关键问题。利用自行设计的泵注反循环模拟实验装置,进行了不同水眼个数、水眼布局以及钻井液参数下的循环压耗试验,根据试验结果对影响反循环循环压耗的主要因素进行分析。结果表明,最佳钻头水眼总面积为钻杆内截面积的50%,最佳钻头水眼布局方式为沿钻头边缘布局。同时,钻井液密度越高,循环压耗越大,但钻井液密度对最佳水眼面积和水眼的布局方式影响很小。研究结果为泵注反循环钻井钻头水眼优化设计提供了依据。