【正文】 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 目錄 第 1 章 前 言 ........................................................................................................................ 1 研究背景 ......................................................................................................................... 1 鉆頭噴射鉆井現(xiàn)狀 ............................................................................................ 1 鉆頭射流在噴射下導(dǎo)管技術(shù)的應(yīng)用 ....................................................................... 1 國內(nèi)外研究概況 ............................................................................................................. 5 PDC 鉆頭射流流動模擬研究現(xiàn)狀 ........................................................................... 5 射流應(yīng)用在噴射下導(dǎo)管技術(shù)研究現(xiàn)狀 ................................................................... 5 第 2 章 射流基本理論 ............................................................................................................ 6 射流概念 .......................................................................................................................... 6 射流技術(shù)的發(fā)展概況 ..................................................................................................... 8 射流的分類 ..................................................................................................................... 9 射流技術(shù)的特點 ........................................................................................................... 10 射流技術(shù)的應(yīng)用 ........................................................................................................... 11 鉆頭射流特性及井底流場模型 ................................................................................... 12 射流特性 ................................................................................................................. 12 井底流場模擬 ......................................................................................................... 13 鉆頭射流水力效率衡量參數(shù) ....................................................................................... 15 第 3 章 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與操作過程 ...................................................................... 17 流體力學(xué)基本方程組 ................................................................................................... 17 紊流模式理論概況 ....................................................................................................... 18 離散方法 ....................................................................................................................... 19 流場的計算過程 ........................................................................................................... 21 FLUENT 軟件簡介 ..................................................................................................... 21 FLUENT 軟件各組軟件之間關(guān)系 ......................................................................... 22 用 FLUENT 程序求解問題的步驟 ........................................................................ 22 關(guān)于 FLUENT 求解器的說明 ................................................................................ 23 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) Gambit 操作過程簡介 ................................................................................................... 23 FLUENT 操作過程簡介 ................................................................................................ 26 與網(wǎng)格相關(guān)的操作 ................................................................................................. 26 建立求解模型 ......................................................................................................... 28 設(shè)置邊界條件 ......................................................................................................... 30 求解 .......................................................................................................................... 32 第 4 章 鉆頭射流數(shù)值模擬及分析 ...................................................................................... 37 鉆頭流動實體的幾何模型及網(wǎng)格劃分 ........................................................................ 37 鉆頭射流數(shù)值模擬邊界條件 ....................................................................................... 38 數(shù)值模擬結(jié)果與分析 .................................................................................................... 40 結(jié)論 ............................................................................................................................... 45 建議 ............................................................................................................................... 45 致謝 .......................................................................................................................................... 47 參考文獻 .................................................................................................................................. 48 前言 1 第 1 章 前 言 研究背景 在油氣田開采過程中，鉆頭射流流動關(guān)系到井下鉆頭的冷卻，潤滑，鉆井液攜帶巖屑效率。同 時，射流流場對深水鉆井噴射下導(dǎo)管技術(shù)液有重要影響。井底流場的特性與噴射下導(dǎo)管的效率、鉆井安全、井底清洗、巖屑運移等有著密切的關(guān)系。 PDC 鉆頭噴射鉆井現(xiàn)狀 射流技術(shù)是近 20 年來發(fā)展起來的一門高新技術(shù)，在采礦、冶金、石油、航空、建筑、化工、市政建設(shè)及輕工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得了可喜成果。該技術(shù)在鉆井方面有兩個重要應(yīng)用： PDC 鉆頭噴射鉆井以及噴射下導(dǎo)管。 無論海上或者陸地，用 PDC 鉆頭進行噴射鉆井均能十分顯著地提高機械鉆速，節(jié)約鉆井成本，這是因為具有很高能量的泥漿射流不僅能有效地清洗了井底，創(chuàng) 造良好的破巖環(huán)境，而且強大的水力能量具有直接或輔助鉆頭機械破碎巖石的作用。 鉆頭射流在 噴射下導(dǎo)管技術(shù)的應(yīng)用 深水表層導(dǎo)管（也稱之為表層套管或結(jié)構(gòu)套管）是整個深水油井建造過程中安裝的第一層套管，它為其后所有的套管、海底防噴器組及將來生產(chǎn)用的水下采油樹等提供結(jié)構(gòu)支撐。 噴射下導(dǎo)管技術(shù)，是將鉆具下入導(dǎo)管內(nèi)，利用導(dǎo)管及鉆具的重力和鉆井液的噴射來進行巖石破碎的鉆井技術(shù)。利用該技術(shù)，實現(xiàn)鉆進和下導(dǎo)管同時進行，鉆井液返回液不通過套管與井眼的環(huán)空而是通過鉆桿與套管的環(huán)空返回海底，鉆至預(yù)定深度后，靜止竹柱，利用地 層的粘附力和摩擦力穩(wěn)固導(dǎo)管，不需進行固井作業(yè)，而后，起出管內(nèi)鉆具或繼續(xù)鉆進 [14]。利用噴射下入方法進行表層導(dǎo)管安裝已經(jīng)是全世界進行深水鉆井作業(yè)的通用作法。 目前，大于 500 m為深水，大于 1500 m則為超深水。海上淺水區(qū)的導(dǎo)管作業(yè)通常采用鉆孔、下導(dǎo)管然后固井的作業(yè)方式。在深水區(qū)，由于海底淺部地層比較松軟，存在著泥線不穩(wěn)定問題，地層孔隙壓力 與破裂壓力之間的窗口很窄，采用常規(guī)的鉆孔 —— 下導(dǎo)管 —— 固井方式比較困難，而且作業(yè)風險高、時間長，對于日費昂貴的深水鉆井作業(yè)顯然不合適。目前新出現(xiàn)的深水噴射下導(dǎo)管技術(shù)是 利用水射流和管串的重力，邊噴射開前言 2 孔邊下導(dǎo)管，同時在噴射管柱中下入動力鉆具組合以提高作業(yè)效率（如圖 11）。鉆至預(yù)定井深后 ,靜止管串 ,利用地層的粘附力和摩擦力穩(wěn)固住導(dǎo)管 ,然后脫手送入工具并起出管內(nèi)鉆具 ,從而完成導(dǎo)管的安裝。常用的動力鉆具組合包括泥漿馬達、鉆鋌和鉆頭等部件。鉆具組合下入到泥線，泥漿馬達提供液力沖刷和鉆頭旋轉(zhuǎn)，巖屑和沉積物沿導(dǎo)管和噴射鉆具組合之間的環(huán)空上返，并通過送入工具上的返出口排放到外面。已鉆 (沖刷 )出的井眼輪廓小于套管直徑，套管依靠自重穿透軟的泥線地層，下入到井眼中。 圖