改善井底流场能够提高钻速

自从喷射钻井技术广泛应用以来,人们一直在研究如何充分利用喷射钻头在井底获得的岑力功率,,以获得更好的钻井经济效益。本文介绍了喷射钻头井底流场液流流向、井底排屑量和井底液流压力的试验研究方法及其应用。研究表明,由于井底流场的不完善而形成的涡旋、回流和滞流区是造成岩屑在井底重复破碎,影响井底净化效率的重要因素,改善喷射钻头的井底流场,最大限度地减少这些因素的影响,能够更好地发掘喷射钻井技术的潜力,提高钻井速度,降低钻井成本。     

喷射钻井井底流场的研究

在全尺寸试验架玻璃井筒内进行了喷射钻头井底流场试验。试验用贴线法研究多股液流在井底场空间流动时液流方向、路线等流向分布的全貌。一个良好的井底流场应能使液流在井底场的流动满足岩屑离开井底、在井底推移岩屑和从井底举升岩屑这三个基本动作并使之配合好。试验对比了对称井底流场和不对称井底流场的特征和优缺点。试验表明:有效的利用向下冲击的高速射流,合理的安排下行液流与.上返液流的“流道”并尽量控制它们相互干扰的方面,利用它们相互促进的方面,扩大和强化液体沿井底的横向流动是不对称井底流场的三个主要优点。为此,新型喷射钻头应以不对称井底流场为设计依据和发展方向。     

用边界单元法分析井底流场

在设计和使用牙轮钻头或ＰＤＣ钻头时，要优选喷嘴的组配，必须了解不同喷嘴配置下井底流场水力分布情况。本文尝试把边界单元法用于分析井底流场水力分布，建立了描述井底漫流速度场的积分方程，给出了采用边界单元法求解井底速度场的数值方法过程，在算例中分析了多喷嘴钻头井底流场的速度分布问题。计算实践表明采用边界单元法可比较简单方便地计算分析多喷嘴井底流场水力分布问题。可用于优选钻头喷嘴组配     

井底受限射流流场的数值模拟

考虑到深井、超深井中井底围压对射流流场有一定的影响 ,建立了井底受限射流流场的物理模型。采用k ε模型 ,并对模型的主要系数进行了优选 ,用有限元方法对围压条件下井底受限射流的流场进行了数值模拟。给出了高围压条件下射流轴心动压力、径向速度和轴心线上湍流动能等流场参数分布 ,并与零围压条件下淹没自由射流的参数进行了比较 ,得出了高围压条件下受限射流轴心动压力衰减规律的数学模式 ,进一步完善了钻井水力参数设计的理论和方法。     

关于喷射钻头的井底流场设计

在一定条件下,井底净化效率是影响钻速的重要因素。喷射钻头如果具有完善的井底流场设计,就能够及时地、连续而且稳定地有效净化井底,减少以至消除岩屑在井底的重复破碎现象。研究表明,要进一步发掘喷射钻井技术的潜力,仅仅对现有工作方式进行选择和在水力参数上进行调整是有限的、不够完善的。     

喷射钻井井底流场研究的新实验

本文研究了一种新的井底速度场实验方法和测试装置。实验是在全尺寸钻头的井底流场条件下,用测针测量流场速度,用微机进行数据采集和处理。     

井底受限射流流场的数值模拟

考虑到深井、超深井中井底围压对射流流场有一定的影响，建立了井底受限射流流场的物理模型。采用κ-ε模型，并对模型的主要系数进行了优选，用有限元方法对围压条件下井底受限射流的流场进行了数值模拟。给出了高围压条件下射流轴心动压力、径向速度和轴心线上湍流动能等流场参数分布，并与零围压条件下淹没自由射流的参数进行了比较，得出了高围压条件下受限射流轴心动压力衰减规律的数学模式，进一步完善了钻井水力参数设计的理论和方法。     

冲旋钻钻速影响因素研究

分析了钻速与泵量,立管压力,冲击频率以及钻柱和液柱共振之间的关系。指出,ＲＯＰ随冲击频率的增加而快速增加,但这种增加并非线性关系,存在一最优冲击频率范围,使钻速保持较高。     

冲旋钻钻速影响因素研究

分析了钻速（ＲＯＰ） 与泵量、立管压力、冲击频率以及钻柱和液柱共振之间的关系．指出,ＲＯＰ随冲击频率的增加而快速增加,但这种增加并非线性关系,存在一最优冲击频率范围,使钻速保持较高．共振对系统振幅有较大影响,因而直接影响到钻速的变化,既有利,又有弊,使得钻速的变化呈波动状．泥浆性质（粘度、密度,弹性） 对冲击频率有一定影响,它会降低冲击频率,研究认为,尽管有诸多影响冲旋钻钻速的因素,但冲旋钻的钻速比常规钻速要提高很多,是有前途的高效快速钻井方法．     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的每一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

喷射钻井井底流场的试验研究(二)

采用贴线法和模拟岩屑进行井底流场的全尺寸模拟试验,表明在井底场相对稳定的位置将产生局部旋涡和局部回流现象,并导致钻头水力功率的损耗和岩屑的重复破碎。结合钻头牙齿的破岩原理及其井底模式的分析,认为改善井底流场是提高井底清岩效率的重要途径。     

三重介质新模式及液体流向井的定压解

本文给出粗裂缝（裂隙）—微裂缝—孔隙三重介质不稳定径向流数学模型,并利用简便的Laplace—“扩展”Weber双重积分变换以及Laplace—有限Hankel变换给出井底定压的精确解。     

井底漫流场数值模拟研究

理论研究、台架实验和现场经验表明:井底流场的特性与钻井效率、钻井安全、钻头寿命等有着密切的关系。而喷嘴几何形状、喷嘴布置方式是决定井底漫流场是否合理的关键因素。为了发展有预见性的定量化井底流场研究技术,应用势流理论对井底漫流场进行了数值模拟。模拟结果与台架实验对比表明,井底漫流场数值,模拟能比较客观的反映不同喷嘴组合、不同侧倾角、不同后倾角条件下几股射流的相互作用情况,可为评价井底流场的优劣、钻井效率的高低提供一定的理论依据。     

电场作用下的十字流膜滤

针对普通十字流膜滤中膜滤速率低下问题，试验研究了附加电场下的十字流膜滤，实验观察了电泳迁移作用使膜面沉积层消失的过程及膜滤中的电渗流，并从理论上分析了附加电场使膜滤速率大幅度提高的机理。     

井下流量测量装置在MPD系统中的应用研究

在常规钻井和欠平衡钻井的基础上发展起来的控压钻井（MPD）技术已经在国内外一些地区的实际应用中取得了良好效果。介绍的井下流量测量装置采用节流压差法,接在近钻头处,能够随钻监测井下环空流量,并通过随钻测量技术（MWD）把数据及时传至地面进行分析处理,可以及早发现溢流或井漏等井下复杂情况。该技术与现有控压钻井系统结合,能够显著提高系统的控制精度和可靠性,从而提高钻井的安全性及降低钻井成本,为安全可靠地进行控压钻井提供保障。     

喷射钻头井底压力场分类的最优设计

在喷射钻头井底浓流试验时,将测试数据进行科学分类,对研究喷射钻头井底液流压力场是重要的。本文用较为简便的方法,对井底压力场进行了最优分类,不仅编出了程序,而且给出了应用实例。     

用均速管测量汽水两相流体的流量或干度

本文从分相动量模型出发,提出了用均速管对汽液两相流体进行单参数测量的关系式,分析了动量交换因子J和滑移比s的影响,并进行了试验研究。结果表明:在干度x为0.85～1的范围内,用均速管进行汽液双相流体的单参数测量并用分相模型处理数据时,均方差为2.81%;用均相模型处理数据时,均方差为5.18%。     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

边界部分开放条件下改进N-S交通流模型的研究

边界部分开放条件下,利用改进的Nagel-Schreckenberg交通流模型,数值模拟了在不同参数下的交通流基本图,结果表明,与边界全开放条件下改进的Nage1—Schreckenberg模型的交通性质有所不同．