• 中国出版政府奖提名奖

    中国百强科技报刊

    湖北出版政府奖

    中国高校百佳科技期刊

    中国最美期刊

    留言板

    尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

    姓名
    邮箱
    手机号码
    标题
    留言内容
    验证码

    低温电铸孕镶脉冲钻头及其水力性能数值模拟

    李大佛 龙新平 李天明 陈洪俊 雷艳 刘红旗 许少宁 杨雪龙

    李大佛, 龙新平, 李天明, 陈洪俊, 雷艳, 刘红旗, 许少宁, 杨雪龙, 2012. 低温电铸孕镶脉冲钻头及其水力性能数值模拟. 地球科学, 37(3): 598-604. doi: 10.3799/dqkx.2012.068
    引用本文: 李大佛, 龙新平, 李天明, 陈洪俊, 雷艳, 刘红旗, 许少宁, 杨雪龙, 2012. 低温电铸孕镶脉冲钻头及其水力性能数值模拟. 地球科学, 37(3): 598-604. doi: 10.3799/dqkx.2012.068
    LI Da-fo, LONG Xin-ping, LI Tian-ming, CHEN Hong-jun, LEI Yan, LIU Hong-qi, XU Shao-ning, YANG Xue-long, 2012. Pulsing Impregnated Bits with Low-Temperature Electroplating and Numerical Simulation for Bit Hydraulic Performance. Earth Science, 37(3): 598-604. doi: 10.3799/dqkx.2012.068
    Citation: LI Da-fo, LONG Xin-ping, LI Tian-ming, CHEN Hong-jun, LEI Yan, LIU Hong-qi, XU Shao-ning, YANG Xue-long, 2012. Pulsing Impregnated Bits with Low-Temperature Electroplating and Numerical Simulation for Bit Hydraulic Performance. Earth Science, 37(3): 598-604. doi: 10.3799/dqkx.2012.068

    低温电铸孕镶脉冲钻头及其水力性能数值模拟

    doi: 10.3799/dqkx.2012.068
    基金项目: 

    中国石油化工集团2010年科研项目 SG10028

    详细信息
      作者简介:

      李大佛(1937-), 男, 教授, 长期从事机械钻探与电镀技术的教学、科技及产品开发工作.E-mail: ztgs@cug.edu.cn

    • 中图分类号: TE19

    Pulsing Impregnated Bits with Low-Temperature Electroplating and Numerical Simulation for Bit Hydraulic Performance

    • 摘要: 对于特别坚硬、研磨性强、互层频繁、含有石英和砾石夹层的地层, PDC钻头无法钻进, 机械钻速较低, 且破坏形式磨损快, 复合片容易破裂, 因此寿命很低.而牙轮钻头钻进也因为该类地层坚硬等缘故, 钻进效率很低, 并容易造成孔内掉牙轮等事故出现.针对这种问题, 研制了一种低温电铸孕镶脉冲石油钻头, 对钻头的流场进行了数值模拟.该钻头在现场的应用表明, 它具有寿命长、机械钻速高的特点.

       

    • 图  1  金刚石出露放大照片(a.6.3X;b.400X)

      Fig.  1.  Microscopic pictures of diamond exposure

      图  2  钻头出井照片

      Fig.  2.  The picture of the bit after drilling

      图  3  低温电铸孕镶脉冲石油钻头三维图

      Fig.  3.  The three dimensional drawing of the drill bit

      图  4  计算区域示意

      Fig.  4.  The schematic drawing of computing area

      图  5  低温电铸孕镶脉冲石油钻头网格示意

      Fig.  5.  The network schematic drawing of the drill bit

      图  6  喷嘴出口截面压力分布

      Fig.  6.  The pressure distribution on the exit of the jet

      图  7  计算区域相对流速的流线分布

      Fig.  7.  The flow line distribution of the relative flow velocity on the computing area

      图  8  流场不同截面速度分布

      a.喷嘴出口截面;b.切削齿中部截面;c.钻头顶部截面

      Fig.  8.  The distribution of the relative flow velocity on the different section of the flowing field

      图  9  钻头表面相对速度矢量图

      Fig.  9.  The relative velocity vector graph on the crown of the bit

      图  10  普通喷嘴(a)和脉冲喷嘴(b)示意

      Fig.  10.  The schematic drawing of the common jet (a) and the pulse jet (b)

      图  11  低温电铸孕镶脉冲石油钻头出井前后的照片对比

      Fig.  11.  The pictures of the drill bit before and after drilling

      表  1  低温电铸孕镶脉冲石油钻头和牙轮钻头使用效果对比

      Table  1.   Comparison of drilling effect between the tri-cone bit and the impregnated diamond bit with the pulse jets by low temperature electroplating

      层位 钻头型号 井段(m) 泥浆密度(g/cm3) 进尺(m) 纯钻时间(h) 机械钻速(m/h)
      自流井组 武汉地大(WHX061) 3 908.30~3 938.01 1.66 29.71 31.75 0.94
      自流井组 HJT537GK 3 938.01~3 944.17 1.66 6.16 10.14 0.60
      自流井组 SJT637GHL 3 944.17~3 953.32 1.66 9.15 15.66 0.58
      自流井组 SJT637GHL 3 953.32~3 961.79 1.66 8.47 12.6 0.67
      自流井组 HJT637GL 3 961.79~3 873.40 1.66 11.61 19.2 0.60
      下载: 导出CSV
    • He, L.F., Xie, C.L., Chen, K.M., 2007. Numerical simulation about effect of flow path on PDC bit fluid field. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 29(1): 59-64 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-HDGY200701012.htm
      Huang, H.M., Zhai, Y.H., 2005. Numerical simulation and experimental checking for downhole flow field of a real PDC bit. Journal of the University of Petroleum, China, 29(3): 49-52 (in Chinese with English abstract). http://en.cnki.com.cn/Article_en/CJFDTOTAL-SYDX200503011.htm
      Kuang, Y.C., Zeng, H., Zhou, X.J., et al., 2006. Study on optimized design of hydraulic structure for PDC bits. Natural Gas Industry, 26(4): 60-61 (in Chinese with English abstract).
      Li, T.M., Li D.F., Lei, Y., et al., 2008. Application of self-excited oscillation pulsed jet in improving the penetration rate of PDC drill bits. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 11: 74-77 (in Chinese with English abstract). http://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_exploration-engineering-rock-soil-drilling-tunneling_thesis/0201216214107.html
      Li, D.F., Tu, H.Z., Li, T.M., 2008. Diamond, PDC bit and technology. Geological Publishing House, Beijing, 332-335 (in Chinese).
      Tao, W.Q., 2011. Nnmerical heat transfer. Xi'an Jiaotong University Press, Xi'an, 370-376 (in Chinese).
      Wang, F.J., 2004. Computational fluid dynamics analysis-CFD software principle and application. Tsinghua University Press, Beijing, 144-158 (in Chinese).
      Wang, R.H., Shen, Z.H., 1998. Bottom flow field numerical simulation of conical swirling jet. Journal of Petroleum University (Natural Science Edition), 22(6): 46-49 (in Chinese with English abstract). http://www.researchgate.net/publication/297433550_Numerical_simulation_of_swirling_jet_in_flow_field_at_bottomhole
      Xiong, J.Y., 1995. Rock shovel with pulse-jet nozzle and rock breaking mechanism. Natural Gas Industries, 15(2): 38-40 (in Chinese with English abstract). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-TRQG502.009.htm
      Zhang, Y.X., Wang, C.M., Wang, H., et al., 2004. Self-excited oscillation of pulse jet nozzle experimental research. Mechanical Research & Application, 44-46 (in Chinese with English abstract).
      何林峰, 谢翠丽, 陈康民, 等, 2007. 流道形状对PDC钻头头部流场影响的数值模拟. 上海理工大学学报, 29(1): 59-64. doi: 10.3969/j.issn.1007-6735.2007.01.013
      黄红梅, 翟应虎, 2005. 实体PDC钻头流场数值模拟与实验验证. 石油大学学报(自然科学版), 29(3): 49-52. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYDX200503011.htm
      况雨春, 曾恒, 周学军, 等, 2006. PDC钻头水力结构优化设计研究. 天然气工业, 26(4): 60-61. doi: 10.3321/j.issn:1000-0976.2006.04.020
      李大佛, 屠厚泽, 李天明, 2008. 金刚石、PDC钻头与工艺学. 北京: 地质出版社, 332-335.
      李天明, 李大佛, 雷艳, 等, 2008. 自激振荡脉冲射流提高PDC钻头机械钻速实践. 探矿工程(岩土钻掘工程), 11: 74-77. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TKGC200811029.htm
      陶文铨, 2001. 数值传热学. 西安: 西安交通大学出版社, 370-376.
      王福军, 2004. 计算流体动力学分析: CFD软件原理与应用. 北京: 清华大学出版社, 144-158.
      王瑞和, 沈忠厚, 1998. 锥形旋转射流井底流场的数值模拟. 石油大学学报(自然科学版), 22(6): 46-49. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYDX806.008.htm
      熊继有, 1995. 脉冲射流喷嘴的清岩与破岩机理. 天然气工业, 15(2): 38-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TRQG502.009.htm
      张于贤, 王春明, 王红, 等, 2004. 自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究. 机械研究与应用, 5: 44-46. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXYJ200405022.htm
    • 加载中
    图(11) / 表(1)
    计量
    • 文章访问数:  513
    • HTML全文浏览量:  491
    • PDF下载量:  2
    • 被引次数: 0
    出版历程
    • 收稿日期:  2011-12-03
    • 网络出版日期:  2021-11-09
    • 刊出日期:  2012-05-01

    目录

      /

      返回文章
      返回