围压条件下单股脉冲射流冲击流场特性研究

摘要

水力脉冲射流钻井技术是一项高效钻井提速技术,由于脉冲射流的冲蚀和局部负压效应,水力脉冲射流钻井技术能够改善井底流场,降低岩石破碎强度,减小压持效应和提高井底清岩效率,从而达到提高钻速的目的.为了研究脉冲射流钻井技术的提速原理,对脉冲射流冲击流场进行了数值模拟研究,考虑到井底围压和空间的限制,建立井底边界条件下单喷嘴可压缩脉冲射流冲击流场物理模型.结果表明,在相同的条件下,脉冲射流比连续射流具有更强的冲击效果,并且能够产生高压差的反复冲击,导致岩石疲劳破坏;非稳态旋流是井底边界条件脉冲射流冲击流场的一个显著特征,旋流速度和范围具有周期性变化,在本文选择的单周期内,旋流强度与脉冲射流速度变化具有一致性,旋流影响范围由前半周期的快速扩大到后半周期的缓慢扩大,一直保持增大趋势;旋流作用强于射流动能是脉冲射流产生局部脉动负压的主要原因,受旋流强度和范围影响,脉动负压值和脉动负压区域也具有周期性变化;旋流对钻头具有很好的清洗作用.所得结论为深入研究脉冲射流钻井技术提供了一定指导.