【正文】 GAMBIT的主控制畫面圖33中右邊上半部分為建模工具區(qū)，下半部分為屏幕顯示工具區(qū)；左邊上面部分為工作區(qū)，下面左邊部分為命令反饋區(qū)，下面右邊部分為圖標說明區(qū)。Type項選擇PRESSURE_OUTLET，Name項輸入“outlet”，點擊Faces右邊的黃色區(qū)域，然后選中流體從井底上返經過的面。單擊Grid—Scale打開Scale Grid對話框如圖311所示。由于在本模型中涉及不到熱量．所以不需要啟動能量方程。點擊下面的Set按鈕，打開速度邊界設置對話框如圖318所示。點擊Init，然后點擊close關閉對話框。如圖325，圖326所示。 圖43 鉆頭表面生成的計算網格圖 圖44 用GAMBIT在模型上逐面生成網格 圖45 鉆頭及計算區(qū)域的網格圖 鉆頭射流數(shù)值模擬邊界條件流動邊界條件主要包括鉆頭的進、出口條件和固壁條件。荔灣3 1 1井水深1 482m ,完鉆井深3843 m，該井所處海床表層主要為粘土沉積, mm（36in） m。從圖可看出井底的低速區(qū)主要在鉆頭井底的肩部, 此處由于旋渦發(fā)生回流而速度很小,這不利于肩部切削齒的清洗和冷卻, 易造成此部分先出現(xiàn)鉆頭破壞。采用后一種方法的公司中，Exxon Mobile公司是最成功的一家，它如此設計的目的是：鉆頭噴嘴在導管內部而鉆頭巴掌和牙輪在套管鞋外部。（3）在受壁面限制的流動中，因為壁面附近流場變量的梯度較大，所以壁面對湍流計算的影響很大。這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導過我的老師，幫助過我的同學和一直關心支持著我的家人對我的教誨、幫助和鼓勵的結果。 參考文獻[1] 胡海良，唐海雄，汪順文，等．，2008 , 30 ( 6 ) ：2528．[2] Akers T J．Jetting of structural casing in deepwater environments:Job design and operational practices．SPE 102378，2006．[3] Philippe Jeanjean．Innovative design method for deepwater surface casings．SPE 77357，2002．[4] 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通過數(shù)值計算，對鉆頭表面的壓力場和速度場進行分析。但是有一個原則就是導管尺寸越大，相應的噴射BHA尺寸也越大，如常見的36in導管通常采用26in噴射BHA，30in導管通常采用17in噴射BHA。如下圖示：圖41 PDC鉆頭實體圖 圖42（a）鉆頭在FLUENT中的外形(正視） 圖42(b) 鉆頭在FLUENT中的外形（俯視）利用已建立的幾何模型在GAMBIT軟件中對流動區(qū)域進行網格劃分，采用了Tgrid網格劃分方案，此方案運用的是混合網格模式，因此能很好的適應PDC鉆頭流場復雜的幾何形狀，又能提高運算速度。點擊solve—Iterate打開Iterate對話框如圖324所示，在Number of Interactions(迭代次數(shù))欄中輸入 1000 ，點擊Iterate開始迭代。在Computer From列表中選擇inlet，則表中數(shù)據(jù)與邊界inlet相同。在Material Name下拉列表中選擇drillfluid，點擊ok，關閉材料選擇對話框。圖中Inviscid 表示無黏(理想)流體：Laminar表示層流模型；另外4個為常見的湍流模型。單擊Grid—Smooth/Swap打開Smooth/Swap Grid對話框如圖310所示，點擊Smooth按鈕，再點擊Swap，重復以上操作直到FLUENT報告沒有需要交換的面為止。依次點擊建模工具區(qū)的Zones—Specify Boundary Types，打開Specify Boundary Types對話框如圖36 所示。 關于FLUENT求解器的說明(1)FLUENT2D——二維單精度求解器；(2)FLUENT3D——三維單精度求解器；(3)FLUENT2ddp——二維雙精度求解器；(4)FLUENT3ddp——三維雙精度求解器； Gambit操作過程簡介鉆頭射流流動模擬計算模型是先將建立的物理模型導入GAMBIT中獲得初始模型，然后以初始模型進行建模獲得的。 （4）TGRID——FLUENT 用于從表面網格生成空間網格的軟件。 FLUENT軟件簡介FLUENT是用于計算流體流動和傳熱問題的程序。但機器內存不夠時，可以考慮用耦合顯式解法器求解問題。 流場的計算過程控制方程被離散化以后，就可以進行求解了。就離散方法而言，有限體積法可視為有限單元法和有限差分法的中間物。為了求出控制體積的積分，必須假定Φ值在網格點之間的變化規(guī)律，即假定Φ值的分段的分布剖面。 離散方法隨著計算機技術和計算方法的發(fā)展，許多復雜的工程問題都采用區(qū)域離散化的數(shù)值計算并借助計算機得到滿足工程要求的數(shù)值解。該模型對于求解有壁面影響流動及有逆壓力梯度的邊界層問題有很好模擬效果，在透平機械湍流模擬方面也有較好結果。FLUENT中采用的湍流模擬方法包括SpalartAllmaras模型、standard(標準)kε模型、RNG(重整化群)kε模型、Realizable(現(xiàn)實)kε模型、v2f模型、RSM (Reynolds Stress Model,雷諾應力模型)模型，大渦模擬模型（LES）。變量上方有“”者為時均值，變量上標有“′”者為脈動量。對于有組分混合或者化學反應的流動問題則要增加組分守恒方程程。射流作用在井底的沖擊力： (22)式中 ——射流沖擊力，；——噴嘴出口射流壓力，；——特征半徑，；λ——軸心壓力衰減系數(shù)，；——噴嘴出口射流壓力，；——射流中心最大壓力，；——無因次噴距(即射流等速核長度L與噴嘴直徑的比值)，；——無因次等速核長度（即等速核與噴嘴直徑的比值），；——無因次半衰距（即射流軸心速度自噴出后衰減到一半的距離與噴嘴直徑的比值）； ，當≤時 ，當時 （23）特征半徑即半衰徑 ： 射流噴出噴嘴出口后，在某一橫截剖面上，中心壓力沿徑向衰減到一半時的距離叫半衰徑。 第Ⅳ區(qū)：近壁區(qū)。已有不少研究者對沖擊區(qū)進行過實驗研究。該流動液體以射入周圍液體時發(fā)生擴散，其速度逐漸衰減。 總結，淹沒非自由射流速度分布有如下規(guī)律：（1）在射流剛出口的斷面上，各點速度分布基本相等，質點將保持出口時流速的大小和方向；（2）在射流中心，由于受到介質影響較小，速度最高；（3）射流出口后有一段長度，這段長度內的中心部分始終保持剛出口的速度稱為射流的等速核； (4)射流在軸線方向上超過初始階段后其速度與該點距極點的距離成反比。 射流在噴嘴出口斷面，各點的速度基本相等，為初始速度。室內實驗和現(xiàn)場實踐都證明，在目前泵功率條件下，隨著射流壓力和水功率的增加，鉆井速度呈線性增加，成本直線下降，未發(fā)現(xiàn)拐點。噴射鉆井三階段的特點和參數(shù)如表21所示:表21 噴射鉆井三階段特點和參數(shù)階 階段泵 泵壓/M / 比 比水功率水 /噴 噴速速 / 排 排量量 / 鉆 速度進 /一 一10 101246 4652520395 9510532 32366 6二 二14 141557 5782693812 12526 262810 10三 三18 182080 80941156314 14516524 242614 14由此可見，隨著泵壓和水功率增加，鉆井速度明顯提高。射流技術在石油鉆井中的應用——噴射鉆井技術：噴射鉆井技術是高壓射流技術在石油鉆井中的一個具體應用。(4)能降溫、除塵和延長截齒壽命射流用在煤礦采掘機上，它除參與切割提高采掘能力外，還可以冷卻和潤滑截齒，減少磨損，提高截齒壽命。穩(wěn)定壓力維持時間與柱狀液滴速度和大小有關。（6）按射流對物料的施載特性分類：連續(xù)射流、沖擊射流和混合射流。反之，稱淹沒非自由射流。在工程中，射流雷諾數(shù)一般較高，大都屬于紊流射流。為發(fā)展我國射流技術起到了巨大的推動作用。同時，各國學者也開始對各種射流的基礎理論和切割機理等方面進行研究?？栈淞魇侵冈趶膰娮斐鰜淼纳淞鲀热藶榈卣T發(fā)空泡初生，適度地控制噴嘴出口截面與靶物表面之間的距離，使空泡在運動過程中長大，并使空泡在射流沖擊靶物表面的滯止壓力作用下潰滅。到70年代末，射流技術出現(xiàn)了一個新的動向，即從單一提高射流壓力轉向研究如何提高射流的威力。極點可能在噴嘴內部，也可能在噴嘴的外部，與噴嘴內流道的幾何參數(shù)(尺寸)有關。斷面至DD’斷面之間的區(qū)域稱為過渡段。圖21 射流結構示意圖射流的幾何結構如上圖所示，可分為初始段、過渡段和基本段。錐形區(qū)域的射流速度等于噴嘴出口的速度。這些大大小小的旋渦運動和分布都是雜亂無章的、隨機的。 射流應用在噴射下導管技術研究現(xiàn)狀在國外自19世紀60年代開始得到發(fā)展，殼牌公司、巴西石油公司、?？松梨诠镜戎揪M行探索研究，早期的研究內容主要集中在噴射下導管的設計以及施工上[2,4]。環(huán)空中的沉積物經過井口裝置及井口下入工具的接口進入海洋。在特立尼達拉島，加拿大，澳大利亞及西南亞的深水盆地，運營商都采用了噴射下導管作為首選的安裝方法。圖13描繪了這一過程，由圖可知鉆井液及巖屑被沖壓到導管外的泥線上。c) 噴射下導管作業(yè)結束后無需固井，可避免因水泥漿密度過大而壓破地層, 避免了固井時井漏問題，同時可避免低溫等因素影響固井質量而造成井口下沉[5]。在深水區(qū)，由于海