径向深穿透钻孔射流破岩钻头研究

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针对超短半径径向水平井技术钻孔转弯半径小,无法旋转的限制,研究破岩效率高,钻孔直径大的水力喷嘴钻头对不扩孔径向水平井的钻进有极大的意义。采用仿真模拟流动与试验相结合,针对cone-down空化射流喷嘴和内置导流叶轮旋转射流喷嘴与cone-down喷嘴组合后,结构参数对射流特性的影响,利用FLUENT软件,采用空化模型数值模拟喷嘴射流流场。Cone-down喷嘴的射流的轴心速度在喷嘴出口附近有一定程度的增加,然后出现等速核,之后随喷距增加逐渐衰减。Cone-down喷嘴射流在出口附近出现负压,在0.7 Dn处负压降到最低,然后逐渐增大,在5Dn附近压力接近周围环境压力。Cone-down喷嘴射流的空化效果及扩散角度受喷嘴结构参数的影响,受直柱段长度与锥段直径影响较大。内置叶轮锥形喷嘴与cone-down喷嘴组合之后能够发挥喷嘴体不旋转产生旋转空化射流的优势,对射流流场数值模拟研究表明,与单一旋转射流喷嘴和cone-down喷嘴射流相比,射流的空化程度及射流扩展角都有明显增强。射流流场中压力变化趋势与单一的cone-down喷嘴射流压力变化基本相同,负压区的范围变化有一定增加。扩展角比cone-down喷嘴的射流扩展角增加大约15°～20°。通过破岩实验,内置叶轮的cone-down与锥形喷嘴组合后喷嘴射流破岩时具有最优的喷距,大约为4Dn,其破岩效果与锥形喷嘴效果相比冲蚀深度有明显增强。内置叶轮之后,破岩扩孔直径最大可以达到40mm,直柱段长度与直径之间的关系L=1.5d～2d时,喷嘴的破岩效果比较优秀。直柱段直径与出口直径达到0.4～0.5能产生很好的破岩效果。研究结果为新型径向深穿透水力钻头奠定基础。

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作者
王建卫;
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作者单位

中国石油大学(华东);

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授予单位中国石油大学(华东);
学科油气井工程
授予学位硕士
导师姓名杨永印;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TE921.1;
关键词
cone-down喷嘴; 内置叶轮; 射流流场; 空化模型; 扩展角; 数值模拟; 破岩效果;

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