基于CFD-DEM耦合的水平井PDC钻头水力结构研究

• 作者: 况雨春 廖文玲 张锐 李刚俊 罗金武 陈花
• 来源期刊: 工程设计学报
• 学科: 工学
• 关键词: PDC钻头 水力结构 CFD-DEM耦合 携岩性能 结构改进
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 建模、仿真、分析与决策
• 页码范围: 636-644
• 页数: 9页
• 分类号: TE921
• 语种: 中文
• DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2020.00.068

摘要

钻采深层页岩气的水平井段多为泥岩、页岩等黏性地层,为提高钻井效率和减少钻头泥包的发生,必须保证井底岩屑被快速运移,这对PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头的水力结构提出了要求.为此,基于CFD-DEM(computational fluid dynamics-discrete element method,计算流体动力学-离散单元法)耦合方法,对水平井PDC钻头井底流场进行数值模拟分析,并以岩屑滞留量和岩屑运移比作为评价指标,对直径为152.4 mm的五刀翼PDC钻头的流道形状、喷嘴数量、喷嘴排布方式及喷嘴直径等水力结构参数进行分析.最后,对水力结构改进后的PDC钻头进行现场应用.数值模拟结果表明:流道形状为抛物线型的PDC钻头具有更好的携岩性能;在总喷射面积相同的情况下,PDC钻头应采用较少数量的喷嘴;喷嘴等径排布的PDC钻头的携岩性能优于非等径排布的;在一定范围内,适量减小PDC钻头喷嘴直径有利于岩屑运移.现场应用结果表明,在同区块、同地层的多个水平井段钻进时,水力结构改进后PDC钻头的钻井效率更高.研究结果可为PDC钻头结构优化提供参考.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	况雨春		82	574	13.0	20.0
2	张锐		2	2	1.0	1.0
3	廖文玲		10	28	4.0	5.0
4	罗金武		4	7	2.0	2.0
5	陈花		1	0	0.0	0.0
6	李刚俊		1	0	0.0	0.0