粒子冲击钻井钻头内流道冲蚀特性研究

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1、石油机械２０１５年第４３卷第１１期ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ—３９—◀钻井技术与装备▶∗粒子冲击钻井钻头内流道冲蚀特性研究１１１２邢雪阳徐依吉杨勇王刚庆（１?中国石油大学（华东）石油工程学院２?江汉机械研究所）摘要：粒子钻头喷嘴及内流道水力参数设计、冲蚀规律及防冲蚀和耐磨损研究对粒子冲击钻井技术的成败至关重要。通过理论分析、数值模拟及试验研究相结合的方法，设计了粒子钻井用射流喷嘴及流道结构，研究了粒子钻头内流道冲蚀特性，并提出了粒子钻头内流道防冲蚀和耐磨措施。研究结果表明，粒子钻头采用等径１２ｍｍ锥直型双喷嘴组合，内流道收敛段和加速直线段长度分别为３７

2、和６０ｍｍ，喷嘴入口直径２５ｍｍ，收缩角半角１０°；粒子钻头内流道由于过流断面突变存在多个低压漩涡区，可能导致内流道空蚀磨损，而冲蚀磨损主要在内流道底部，可通过倒角直径变大和内流道镀镍表面强化处理措施解决；钻头内流道最大冲蚀磨损率不到１％，冲蚀磨损较轻，说明内流道结构设计合理。关键词：粒子冲击钻井；钻头；射流喷嘴；内流道；冲蚀磨损；空蚀；流场模拟中图分类号：ＴＥ２４８文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１５?１１?００８ＥｒｏｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＩｎｎｅｒＦｌｏｗＣｈａｎｎｅｌｓｏｆｔｈｅＰａｒｔｉ

3、ｃｌｅＩｍｐａｃｔＤｒｉｌｌｉｎｇＢｉｔ１１１２ＸｉｎｇＸｕｅｙａｎｇＸｕＹｉｊｉＹａｎｇＹｏｎｇＷａｎｇＧａｎｇｑｉｎｇ（１?ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ）；２?ＪｉａｎｇｈａｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｉｔｎｏｚｚｌｅｓ，ｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｅｒｏｓｉｏｎｌａｗａｎｄａｎｔｉ⁃ｅｒｏｓｉｏｎａｎｄａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｉｍ

4、ｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔａｒｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｆｏｒｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃ｇｙ?Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇｊｅｔｎｏｚｚｌｅａｎｄｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｅｒｏｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｎｔｉ⁃ｅｒｏｓｉｏｎａｎｄａｂｒａｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔ

5、ａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ?Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｂｉｔｉｓａ１２ｍｍｄｉａｍｅｔｅｒｄｕａｌｓｔｒａｉｇｈｔｃｏｎｅｎｏｚｚｌｅ，３７ｍｍｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｓｅｇｍｅｎｔａｎｄ６０ｍｍａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｅｇｍｅｎｔ，ｗｉｔｈｎｏｚｚｌｅｉｎｌｅｔｄｉａｍｅｔｅｒｏｆ２５ｍｍａｎｄｈａｌｆａｎｇｌｅｏｆｔｈｒｏａｔｏｆ１０°?Ｓｅｖｅｒａｌｌｏｗ⁃ｐｒｅｓｓｕｒｅｖｏｒｔ

6、ｅｘｆｌｏｗａｒｅａｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｄｕｅｔｏａｂｒｕｐｔｃｈａｎｇｅｏｆｆｌｏｗｐａｓｓａｇｅｓ，ａｎｄｍａｙｌｅａｄｔｏｃａｖｉｔａｔｉｏｎｗｅａｒ?Ｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓｍｏｓｔｌｙｏｂｓｅｒｖｅｄａｔｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｂｏｔｔｏｍ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅａｄｄｒｅｓｓｅｄｔｈｒｏｕｇｈｅｎｌａｒｇｉｎｇｔｈｅｃｈａｍｆｅｒｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｎｉｃｋｅｌｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌ?Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｈａｓａｍａｘｉｍｕｍｅｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆ

7、ｌｅｓｓｔｈａｎ１％?Ｔｈｉｓｓｍａｌｌｅｒｏｓｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｓａｒａｔｉｏｎａｌｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｄｅｓｉｇｎ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｄｒｉｌｌｂｉｔ；ｊｅｔｎｏｚｚｌｅ；ｉｎｎｅｒｆｌｏｗｃｈａｎｎｅｌｓ；ｅｒｏｓｉｏｎ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ；ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ极硬及研磨性地层中的油气资源而研发的一项钻井０引言新技术。粒子冲击钻井是指在常规钻头旋转钻进机械破岩的同时，在钻井液中加入体积分数为１％～粒子冲击钻井技术（简称ＰＩＤ）是为开发深部３％、粒径１