提高微小井眼鉆頭破巖效率的研究.pdf

1、微小井眼鉆井技術是指井眼直徑小于88.9mm的鉆井技術，是石油工業(yè)的重要技術發(fā)展方向之一。本文的研究目的是結合國內(nèi)外現(xiàn)有研究基礎，針對微小井眼鉆井特點，研究提高微小井眼鉆頭破巖效率的因素，確定滿足鉆進88.9mm井眼要求的微小直徑鉆頭的設計方案，設計出適合在軟到中硬地層中鉆進的微小井眼PDC鉆頭，為提高微小井眼鉆井破巖效率打下基礎。 本文首先在常壓淹沒條件下進行了高壓泥漿流沖蝕人造砂巖室內(nèi)實驗研究。實驗表明，破巖體積隨射流壓力的

2、升高而增大；噴嘴傾角為30°時破巖效果最佳；射流壓力和噴射角度不變時，存在著雙優(yōu)噴距，第一個峰值噴距出現(xiàn)在6～10倍噴嘴直徑處，第二個峰值噴距出現(xiàn)在18～24倍噴嘴直徑處。通過理論分析計算，得到了微小井眼連續(xù)管內(nèi)流體紊流運動時壓耗計算模型ΔPc=2fρv2L/dc，環(huán)空內(nèi)冪律流體紊流運動時壓耗計算模型ΔPα=2fρLV2/Dh-Dp。以獲得最大鉆頭水功率為目標函數(shù)對微小井眼鉆井進行了水力參數(shù)優(yōu)化設計，優(yōu)選出微小井眼鉆井所用鉆井泵的最優(yōu)排

3、量為7.43L/s，微小井眼鉆頭噴嘴當量直徑為6.4mm。利用Pro/E軟件建立了簡化的PDC鉆頭三維幾何模型及微小井眼井底的物理模型，采用標準κ-ε紊流模型及壁面函數(shù)法，在鉆頭靜止條件下對不同傾角的單噴嘴射流及多噴嘴射流進行了井底流場數(shù)值模擬。通過模擬分析可知，當α=30°時，射流具有最佳的清巖效果；α=30°時，噴嘴在微小井眼鉆頭上的最佳安放位置為鉆頭底面上距鉆頭中心的距離約13mm，17mm處；各噴嘴射流沖擊井底后形成的漫流場對井