双级PDC钻头钻进井底流场研究

作     者：陈振良 

作者单位：中国石油大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：高宝奎;史怀忠

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：双级PDC钻头 井底流场 流量分配 清岩携岩 

摘      要：双级PDC钻头是指由前端较小直径的领眼钻头和后端较大直径的扩眼钻头组成的破岩工具,以其独特的破岩结构能够提高深层硬且研磨性地层破岩效率。钻头水力学问题影响着钻头寿命,前人对双级PDC钻头流量分配进行了公式推导,通过调研暂未发现双级PDC钻头井底流场数值模拟相关研究,本文针对双级PDC钻头钻进井底流场完成如下工作:(1)利用Solid Works软件建立双级PDC钻头(Φ171.45mm领眼钻头+Φ215.9mm扩眼钻头)井底流场三维模型,在ANSYS软件平台下完成网格划分、数值模拟计算及后处理。(2)从领眼钻头喷嘴面积占比、领眼钻头中心与外围喷嘴面积比、钻井液排量及黏度四个方面对双级PDC钻头流量分配规律、喷嘴位置和外流道内速度和压力场特性进行了研究。(3)从领眼钻头喷嘴面积占比、领眼钻头中心与外围喷嘴面积比、钻井液黏度、钻井液排量、机械钻速、钻头转速、岩屑粒径及钻井液排量七个方面对双级PDC钻头钻进井底清岩携岩效果进行了研究。研究结果表明:领眼钻头喷嘴面积占比为0.75～0.8、领眼钻头中心与外围喷嘴面积比在1.22～1.5时,井底流场内平均岩屑质量浓度(C)较低,清岩携岩效率较高。本文研究可望为双级PDC钻头水力结构优化设计提供参考。