内喷孔式反循环钻头结构优化设计及CFD模拟分析.pdf

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1、2013年第40卷第1期探矿工程(岩土钻掘工程)49内喷孔式反循环钻头结构优化设计及CFD模拟分析于航，殷琨，罗永江，甘心(吉林大学建设工程学院，吉林长春130026)摘要：为解决贯通式潜孔锤反循环连续取心(样)技术在钻进“硬、脆、碎”等复杂地层时反循环排不出渣或者排渣不彻底的现象，在现有贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头结构的基础上，优化设计一种新型内喷孔式反循环钻头，能在孑L底形成强有力的多股引射抽吸流场，并模拟分析了内喷孔轴线水平偏角和内喷孑L轴线与钻头中心的偏距2个结构参数对新型反循环钻头结构抽吸能力的影响。通过

2、模拟分析的验证，此种反循环钻头的结构更加简单，反循环效果比较优良。关键词：反循环；内喷孔；反循环取心钻头；CFD模拟分析中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)01—0049—04OptimalDesignofInternalJetOrificeReverseCirculationBitandCFDSimulationAnalysis／YUHang，YINKun，LUO-fiang，GANXin(CollegeofConstructionEngineering，JilinUni

3、versity，ChangchunJilin130026，China)Abstract：Withhollow—throughDTHhammerreversecirculationcontinuouscoring(sample)technology，slaggingorhalf-wayslaggingwhiledrillinginthe“hard，brittle，broken”complexformationsareoftenencountered；tosolvetheseprob—lems，anewtypeofint

4、ernaljetorificereversecirculationbitwasoptimallydesignedonthebasisoftheexistinghollow—throughDTHhammerRCbit，whichcanformthepowerfulmultilevelinjection—suctionfluidfield．Thearticlealsoimitatesandanalyzestheinfluenceof2structuralparametersofinternaljetorificeleve

5、langleandtheoffsetdistancebetweeninter—naljetorificeaxis&thebitmidpointtothesuctioncapacityofnewRCbitstructure．ThesimulationanalysishasverifiedthatthestructureofsuchaRCbitissimplerwithgoodreversecirculationeffect．Keywords：reversecirculation：internalietorifice；r

6、eversecirculationcoringbit；CFDsimulationanalysis0前言循环钻头进行结构优化设计，并对反循环钻头结构贯通式潜孔锤反循环连续取心钻进技术是一种参数进行深入研究以完善反循环取心工艺是十分有集成化的高新钻探技术，它集潜孔锤高效碎岩、流体价值的，。介质全孔反循环、钻进中连续取心3种先进钻探技术于一体，效率可达到常规钻探方法的6～10倍。1反循环钻头结构的改进设计该技术依靠其高效率、岩矿心质量好、低成本、不用目前，较为先进和广泛应用的反循环钻头是引提钻实时取样、取样率高而准等优势，

7、现已经成为矿入气体引射器的反循环钻头(图1)。此种钻头较以产资源勘探行业使用最广泛的方法，并广泛应用于往钻头设置了可以促进反循环形成的内喷孔。这样地质勘探领域。反循环钻头体上的主要流体通道为底喷孔、内喷孔在应用贯通式潜孔锤反循环连续取心技术进行和中心通道J。其中底喷孔与内喷孔组合形成了正常钻进时(尤其是破碎、漏失地层)，需要解决的气体进人中心孔的通道，在从地表高压注入的压缩一项问题是由于环空漏失而导致的岩样丢失和长期气体驱动潜孔锤活塞做功后，一部分气体经由底喷积累造成的钻孔缩径引起的卡钻、钻具折断等孔内孔进入井底冷却

8、钻头，并携带大量岩屑进入中心孔事故。因此，反循环形成的是否彻底是这项技术能通道，而另一部分气体则从内喷孔以射流形式直接否广泛应用的关键性问题_3J。反循环钻头既是进进入中心孔通道，形成了良好的反循环效果’。行孔底碎岩的工具，又能够促使孔底流体形成反循增加的内喷孔既可以利用高速气体射流的卷吸作用环，因此研制专用的反循环钻头是实现潜孔锤反循对井底进