粒子冲击钻井钻头内流道冲蚀特性研究

◀钻井技术与装备▶ 粒子冲击钻井钻头内流道冲蚀特性研究 ∗ 邢雪阳 １ 徐依吉 １ 杨 勇 １ 王刚庆 ２ （１􀆰 中国石油大学 （华东） 石油工程学院 ２􀆰 江汉机械研究所） 摘要： 粒子钻头喷嘴及内流道水力参数设计、 冲蚀规律及防冲蚀和耐磨损研究对粒子冲击钻 井技术的成败至关重要。 通过理论分析、 数值模拟及试验研究相结合的方法， 设计了粒子钻井用 射流喷嘴及流道结构， 研究了粒子钻头内流道冲蚀特性， 并提出了粒子钻头内流道防冲蚀和耐磨 措施。 研究结果表明， 粒子钻头采用等径 １２ ｍｍ 锥直型双喷嘴组合， 内流道收敛段和加速直线段 长度分别为 ３７ 和 ６０ ｍｍ， 喷嘴入口直径 ２５ ｍｍ， 收缩角半角 １０°； 粒子钻头内流道由于过流断面 突变存在多个低压漩涡区， 可能导致内流道空蚀磨损， 而冲蚀磨损主要在内流道底部， 可通过倒 角直径变大和内流道镀镍表面强化处理措施解决； 钻头内流道最大冲蚀磨损率不到 １％， 冲蚀磨 损较轻， 说明内流道结构设计合理。 关键词： 粒子冲击钻井； 钻头； 射流喷嘴； 内流道； 冲蚀磨损； 空蚀； 流场模拟 中图分类号： ＴＥ２４８ 文献标识码： Ａ ｄｏｉ： １０􀆰 １６０８２ ／ ｊ􀆰 ｃｎｋｉ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １００１－４５７８􀆰 ２０１５􀆰 １１􀆰 ００８ Ｅｒｏｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｉｎｎｅｒ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍｐａｃｔ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｂｉｔ Ｘｉｎｇ Ｘｕｅｙａｎｇ１ Ｘｕ Ｙｉｊｉ１ Ｙａｎｇ Ｙｏｎｇ１ Ｗａｎｇ Ｇａｎｇｑｉｎｇ２ （１􀆰 Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ （Ｈｕａｄｏｎｇ）； ２􀆰 Ｊｉａｎｇｈａｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｂｉｔ ｎｏｚｚｌｅｓ， ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｅｒｏｓｉｏｎ ｌａｗ ａｎｄ ａｎｔｉ⁃ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ａｂｒａｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｂｉｔ ａｒｅ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｃｃｅｓｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｉｍｐａｃｔ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃ ｇｙ􀆰 Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌ......