粒子沖擊鉆井中粒子流動特性的數(shù)值模擬及相關試驗研究.pdf

1、粒子沖擊鉆井技術作為專門針對深井硬質地層鉆探的新型鉆井技術，由于其自身的優(yōu)點，近些年的研究發(fā)展非常迅速。在粒子沖擊鉆井技術中，球形鋼質粒子（以下簡稱“粒子”）能否隨鉆井液從井筒底部成功上返及上返的相關規(guī)律是決定該技術可行性的重要因素，同時鉆井液攜帶粒子流動過程中粒子對鉆桿沖蝕磨損程度是否會直接影響該系統(tǒng)的使用壽命也是值得研究的問題。本文首先通過模擬和試驗研究了粒子在環(huán)空中上返相關規(guī)律問題，并借助量綱分析理論建立數(shù)學模型，描述了環(huán)空間隙和

2、流體臨界上返速度之間的關系，然后利用試驗研究了粒子對鉆桿的磨損情況。
　　 本文研究主要采用模擬和試驗兩個方法，模擬采用的是FLUENT軟件，試驗所用試驗臺為自主設計搭建。
　　 針對粒子環(huán)空返流問題，利用軟件模擬了清水和四種不同黏度的泥漿攜帶粒子分別在不同環(huán)形空間上返，根據(jù)模擬的粒子體積分數(shù)圖和速度矢量圖確定出環(huán)空中流體臨界上返速度，并結合量綱分析方法推導出環(huán)空間隙和粒子粒徑比（以下簡稱“間隙粒徑比”）與粒子雷諾數(shù)、間

3、隙粒徑比與粒子弗勞德數(shù)、環(huán)空間隙與臨界上返速度三個經(jīng)驗公式。由公式可知，隨著間隙粒徑比逐漸增大，粒子雷諾數(shù)和粒子弗勞德數(shù)漸漸減小，而且隨著環(huán)空間隙逐漸增大，臨界上返速度逐漸減小。
　　 試驗研究了粒子環(huán)空返流和粒子對鉆桿沖蝕磨損兩個問題。在粒子環(huán)空返流試驗中，通過觀察測出清水攜帶粒子分別在不同環(huán)形空間成功上返時清水的臨界上返流量，并結合量綱分析方法推導出間隙粒徑比與粒子雷諾數(shù)、間隙粒徑比與粒子弗勞德數(shù)、環(huán)空間隙與臨界上返速度三個