粒子冲击钻井钻头喷嘴流场数值模拟研究

石 油 机 械 C H I N A P E T R O L E U M M A C H I N E R Y 2 0 1 2年 第 4 0卷 第 1 0期 ●钻井技术与装备 粒 子 冲 击钻 井钻 头 喷 嘴流 场 数 值 模 拟研 究 纪 国栋 汪海阁 王灵碧 崔 猛 程荣超 ( 中国石油 集团钻井 工程技术研究院) 摘要 ：为了考察粒子冲击钻井过程 中，粒子流经钻头喷嘴的加速过程和流场分布规律 ，应用 F l u e n t 对粒子进入喷嘴后的流动进 行数值模 拟研 究。运用标准 K ． 双方程模 型，对双锥度喷嘴粒 子射流流场进行仿真模拟，分析 了射流压力、围压、粒子直径和粒子质量浓度 等因素对粒子射流 流场的影响。结果表明，粒子射流加速主要发生在喷嘴收缩段，在等速核前缘速度达到最大。粒 子喷射速度和单位 时间内通过喷嘴的粒子动能随射流压力增大而增加 ；粒子浓度越大，单位 时间 内通过喷嘴的粒子动能越大，破岩效率升高，但粒子浓度过大会导致其流动性差，反而不利于破 岩。因此，粒子浓度对其冲击破岩效率的影响主要取决于破岩过程 中哪种 因素起主要作用。 关键词 ：粒子冲击钻井；钻头喷嘴；流场 ；数值模拟 中图分类号：T E 9 2 1 文献标识码 ：A 文章编号：1 0 0 1 — 4 5 7 8 ( 2 0 1 2 )1 0— 0 0 1 8— 0 4 Nu me r i c a l S i mu l a t i o n Re s e a r c h o n t h e Bi t No z z l e Fl o w F i e l d o f P a r t i c l e I m p a c t Dr i l l i n g J i G u o d o n g Wa n g Ha i g e Wa n g L i n g b i C u i Me n g C h e n g Ro n g c h a o ( C N P C D r i l l i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ) Ab s t r a c t ： T o i n v e s t i g a t e t h e a c c e l e r a t i o n p r o c e s s o f p a r t i c l e f l o wi n g t h r o u g h b i t n o z z l e a n d......