PDC钻头井底流场快速数值模拟方法研究

发布时间：2020-03-30 09:06

【摘要】：PDC钻头作为钻井破岩的主要工具,已经在石油勘探开发工作中广泛应用,其性能优劣直接影响着钻井效率、钻井质量和钻井成本。钻头的水力性能决定着井底的携岩和钻头表面的冷却效果,通过分析PDC钻头的井底流场情况,才能更加合理地优化水力结构,发挥水力能量对井底的辅助破岩及携岩的作用,获取最佳的钻进性能。现有大多数文献对于PDC钻头井底流场的研究以单相流流场分析为主,并未充分考虑岩屑运动对流场的影响。此外,运用传统方法进行PDC钻头井底流场数值模拟的前后处理过程较为繁琐,耗费时间长、工作量大且效率低。 针对以上问题,本文以多相流流动理论为基础,针对PDC钻头井底流场的数值模拟及快速分析方法进行了以下方面的研究： (1)开展了针对不同钻井工况的数值模拟研究,包括单相流、气液两相流(泡沫介质)、钻头冲蚀、液固两相流(泥浆钻井)、气液固三相流(泡沫钻井)的数值模拟研究,在考虑井底岩屑对流场影响的情况下,进一步完善多相流理论,建立接近实际工况的PDC钻头多相流流场计算模型。 (2)基于上述5种不同的数值模拟理论,利用UG软件、Workbench软件、CFX软件以及Microsoft-Excel的二次开发技术,建立了流场建模模块、前处理模块及仿真结果后处理模块,形成了针对PDC钻头井底流场专用模拟分析平台。 (3)基于建立的PDC钻头流场快速数值模拟专用模块对某型6刀翼PDC钻头进行了单相流、液固两相流以及气液固三相流的数值模拟研究,与常规数值模拟方法相比,该快速方法显著地缩短研究周期,提高了仿真效率。此外,针对应用于吉林油田的个性化PDC钻头进行了流场分析及水力结构设计,现场结果表明改进后的PDC钻头性能表现良好。 本论文所开发的快速数值模拟方法能在一定程度上提高建模及数据分析效率、缩短个性化PDC钻头产品的开发周期,该方法的发展及推广具有较强的工程实用价值。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE921.1

【参考文献】

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本文编号：2607338