随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

发布时间：2021-09-19 10:44

　　扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(07)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

扩眼器结构示意图

双台阶自锁随钻扩眼器刀翼包括刀翼本体、PDC复合片切削齿和保径齿，如图2所示。刀翼本体下端设有销轴孔，前端与后端分别设有前止推台阶和后自锁台阶，左侧为两斜面夹凹柱面结构，右侧刀翼上、下冠面轮廓均采用短抛物线轮廓冠面，上、下冠面中间由平面连接[9]。刀翼本体安装在随钻扩眼器本体长槽形两端半圆形窗口内，装配时将刀翼推至最大张开位置，通过本体侧面销轴装配孔装入连接销轴，使刀翼与内活塞连接，在弹簧力作用下刀翼通过导向滑道向下运动收缩入本体。销轴在轴向方向对刀翼进行约束，随钻扩眼器本体长槽形两端半圆形窗口侧面对刀翼进行径向约束[10-11]。

建立了扩眼器刀翼喷嘴流场分析模型，见图3。设定流体模型为标准k-ε二相流模型。钻井液密度为1 200 kg/m3，等压比热容为2 800J/(kg·K)，导热系数为1.5 W/(m·K)，黏度为10-3kg/(m·s)。此边界分为入口、出口、内部流体和壁面等4个部分。流道入口:边界类型选择Mass-Flow Inlet，并进行编辑，质流率33.6 kg/s，初始表压为15 MPa，方向垂直于入口边界，即竖直向下。湍流系数选择湍流强度与水力直径，并输入湍流强度5%和水力直径68 mm。流量出口B选择压力出口，出口压力定义为18 MPa，湍流强度5%，水力直径取3个出口直径之和，计算时取15mm。流量出口C选择压力出口，出口压力为25MPa，湍流强度5%，水力直径取68 mm。wall-solid为壁面边界，类型选择壁面即可。内部流体类型选择interior。依次改变喷嘴喷射角δ、喷嘴入口直径D、喷嘴长度L、圆柱段长度l进行模拟并优化。

【参考文献】：
期刊论文
[1]随钻扩眼对钻井液循环特性的影响[J]. 程光明,田宗正,何同.  石油机械. 2019(06)
[2]斯伦贝谢全排量可伸缩扩眼器Rhino XS2[J]. 韩艳浓.  石油钻探技术. 2017(03)
[3]随钻扩眼技术研究进展[J]. 余荣华,袁鹏斌.  石油机械. 2016(08)
[4]装有脉冲喷嘴的PDC钻头井底流场模拟[J]. 况雨春,秦超,陈瑞诚.  石油机械. 2014(05)
[5]定向随钻扩孔钻压分配及优化[J]. 周伟,于洋,刘晓民,彭明旺,郑江莉.  石油机械. 2013(02)
[6]基于CFD的随钻扩眼工具冲洗水眼设计[J]. 赵旭东,王定亚,赵磊,魏代锋,周发学.  石油机械. 2012(09)
[7]随钻扩眼工具的研究与优化[J]. 宋颐,夏宏南,徐超,周昆,陈伟峰.  装备制造技术. 2012(08)
[8]扩张式随钻扩眼工具技术现状与发展建议[J]. 闫永宏,王进全,黄悦华,赵旭东,王闻涛.  石油机械. 2011(10)



本文编号：3401468