中心分区式PDC钻头流场数值模拟.pdf

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1、第39卷第4期石油钻探技术V()1_39NO．42011年7月PETR()IEUMDRILLINGTECHNIQUESJu1．，2011．．钻采机械doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2011．04．023中心分区式PDC钻头流场数值模拟于小龙，祝效华，贾彦杰，邓福成，童华(1．中海石油基地集团监督监理公司，天津300450；2．西南石油大学机电工程学院，四川成都610500)摘要：为证实215．9mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能，根据钻头底部轮廓包络面建立了≠215．9rnm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流

2、道流场模型，对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化，模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明，中心分区水力结构形成的弱连通区域，使各流场区域的流量分配更加合理，并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀，有利于流体及时冷却切削齿，减小钻头热磨损可能性，提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度，并能提高水力效率，推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。关键词：PDC钻头流场数值模拟数学模型中图分类号：TE921．1文献标识码：A文章编

3、号：1001—0890(2011)04—0107-04NumericalSimulationofFlowFieldofCenterPartition’TypePDCBitYuXiaolong，ZhuXiaohua，JiaYanjie，DengFucheng2，TongHlla2(1．Supervision&TechnologyCo．CNOOCOilBaseGroupLtd．，Tianjin，300450，China；2．CollegeofMe—chanicalandElectricalEngineering，SouthwestPetroleumU

4、niversity，Chengdu，Sichuan，610500，China)Abstract：Inordertoprove215．9mmcenterpartition—typePDCbit’Scoolingandcuttingscarryingperformance，thebladeschannelmodelfor215．9mmcenterpartition—typeandconventionalPDCbitwasdevelopedaccordingtobitenvelopeprofile．Theregionwithhighpressuregr

5、adientwasrefinedbylocalgridsandnon—uniformstructuremeshing．TheimpactsoftWObithydraulictypesonbottomholeflowfieldweresimulated．Theresultsshowedthatthecenterpartition—typebitformedaweakhydraulicconnectedregion，SOthattheflowdistributionwasmorerationalwhichcaneasetheerosionoftheb

6、itprofile，helpcutterteethcooling，reducethermalwear，increasecarryingcapacityandreducetheriskofnativerockball—ing．PDCbitswithcentra1partitionstructurewillnotincreasethedifficultiesofbitdesignandmanufactur—ing，whileitcanimprovewateref{iciency．ItwasrecommendedintheapplicationofPD

7、Cbitsinmid～deepwelldrillingandcomblineddrilling．Keywords：PDCbit；flowfield；numericalsimulation；mathematicalmodelPDC钻头水力结构(主要指冠部水道和水眼的当PDC片的温度达到350～750。C时，出现切削齿空间位置及其结构参数等)在很大程度上决定了热磨损；当PDC片温度高于750℃时，复合片内会PDC钻头的寿命。如果钻头水力结构不合理，则导出现因材料热膨胀系数不同而引起的内应力裂纹，致流体对钻头产生不良影响，可引起如下问题：1)钻头冲蚀现

8、象严重，冲蚀易发生在钻头内锥或刀翼之收稿日期：2010-04—22；改回日期：20l】一06一O8。间的本体上，常导致掉齿；2)钻头携岩