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PDC钻头井底流场模拟平台开发与应用

发布时间:2018-04-14 03:25

  本文选题:PDC钻头 + 井底流场 ; 参考:《西南石油大学》2017年硕士论文


【摘要】:PDC钻头作为钻井破岩的主要工具,其水力结构的优劣决定着钻头的携岩和冷却效果。通过研究PDC钻头井底流场的流动情况能够发现钻头水力结构可能存在的问题,并及时改进钻头的水力结构。现有的数值模拟方法存在软件门槛高、操作过程繁琐、重复性劳动多和分析效率低等问题,并且在评价准则方面也存在着一些不足。针对以上问题,本文以现有的PDC钻头井底流场模拟技术为基础,针对PDC钻头井底流场的数值模拟及模拟技术的集成与开发进行了以下方面的研究:(1)PDC钻头切削齿的冷却效果研究。基于现有的PDC钻头切削齿热磨损机理及温度分布研究,简化切削齿的生热和传热模型,在井底流场数值模拟分析过程中,考虑井底流场对切削齿切削热的影响,直接将切削齿齿面温度作为切削齿冷却效果的评判标准。(2)PDC钻头井底流场模拟技术的集成。针对不同的钻井工艺,完善单相流、气液两相流、液固两相流和气液固三相流四种流场介质的PDC钻头井底流场模拟技术,完善PDC钻头携岩和冷却效果的评判方法;将网格划分、CFD前处理、求解器求解和后处理为一体的PDC钻头井底流场模拟技术程序化,通过EASA商业封装软件对PDC钻头井底流场模拟技术进行知识封装,建立起基于Web服务的PDC钻头井底流场模拟平台。(3)PDC钻头井底流场模拟平台的应用。基于PDC钻头井底流场模拟平台研究流道形状对PDC钻头携岩和冷却效果的影响规律;对抽吸式微取芯PDC钻头进行水力结构分析与现场应用,现场结果表明优选出的微取芯钻头的取芯效果和提速效果都表现良好。通过实例验证表明,本文所开发的PDC钻头井底流场模拟平台简化了传统数值模拟分析技术繁杂的操作过程,提高了分析效率,节约了人力与物力成本。PDC钻头井底流场模拟平台不仅适用于常规PDC钻头,还适用于个性化PDC钻头,具有较强的工程实用价值。
[Abstract]:PDC bit is the main tool for drilling rock breaking, and its hydraulic structure determines the rock carrying and cooling effect.By studying the flow field in the bottom hole of PDC bit, the possible problems in the hydraulic structure of the bit can be found, and the hydraulic structure of the bit can be improved in time.The existing numerical simulation methods have some problems, such as high threshold of software, cumbersome operation process, more repetitive work and low efficiency of analysis, and there are also some shortcomings in evaluation criteria.In view of the above problems, based on the existing PDC bit bottomhole flow field simulation technology, this paper studies the cooling effect of PDC bit cutting teeth in the following aspects: numerical simulation of PDC bit bottom flow field and integration and development of simulation technology.Based on the existing research on the thermal wear mechanism and temperature distribution of PDC bit cutting teeth, the heat generation and heat transfer models of cutting teeth are simplified. The effect of bottom hole flow field on cutting heat is considered in the numerical simulation analysis of bottom hole flow field.The surface temperature of the cutting teeth is taken directly as the standard for evaluating the cooling effect of the cutting teeth. The integration of the flow field simulation technology in the bottom hole of the PDC bit is presented.According to the different drilling technology, the PDC bit bottom hole flow field simulation technology of four kinds of flow field media, single phase flow, gas-liquid two-phase flow, liquid-solid two-phase flow and gas-liquid-solid three-phase flow, is improved, and the evaluation method of rock carrying and cooling effect of PDC bit is improved.The PDC bit bottom-hole flow field simulation technology is programmed by pre-processing, solver solution and post-processing, and the knowledge of PDC bit bottom-hole flow field simulation is encapsulated by EASA commercial package software.The application of PDC bit bottom flow field simulation platform based on Web service is established.Based on the simulation platform of bottom hole flow field of PDC bit, the influence of channel shape on rock carrying and cooling effect of PDC bit is studied, and the hydraulic structure analysis and field application of PDC bit are carried out.The field results show that the core removal effect and the speed-raising effect of the selected micro-core bit are good.The example shows that the PDC bit bottomhole flow field simulation platform developed in this paper simplifies the complicated operation process of the traditional numerical simulation and analysis technology, and improves the analysis efficiency.The simulation platform of bottomhole flow field of PDC bit is not only suitable for conventional PDC bit, but also suitable for individualized PDC bit. It is of great practical value in engineering.
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE921.1

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本文编号:1747512

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