破碎松软地层取心钻头孔底流场数值模拟及应用.pdfVIP

2013年第40卷第 7期 探矿工程 (岩土钻掘工程) 107 破碎松软地层取心钻头孔底流场数值模拟及应用 吴金生 ，陈礼仪 ，张 伟 (1．成都理工大学，四川 成都610059；2．中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都611734) 摘 要：复杂地层取心和孔壁稳定一直是困扰地质钻探界的2大技术难题。以汶川地震科钻为例，5个钻孔都在断 裂带上，地层极破碎、松软。针对部分孑L段取心率低问题，设计一种新型阶梯式隔水底喷取心钻头，利用 CFD技术 对钻头孔底流场进行数值分析 ，优化钻头排水槽结构、泥浆性能和水力参数，寻找一种最佳组合，为提高岩心采取 率、预防堵心，提高孔壁的稳定性奠定基础。 关键词：破碎松软地层 ；防冲蚀取心钻头；金刚石钻头；流场；数值模拟 ；结构优化 中图分类号：P634．4 1 文献标识码：A 文章编号：1672—7428(2013)07—0107—04 NumericalStimulationofBottom Flow FieldofCoreBitinBrokenSoftFormationandtheApplication／WUfin— sheng ，CHENLi—yi，ZHANGWei(1．ChengduUniversityofTechnology，ChengduSiehuan610059，China；2．Institute ofExplorationTechnology，CAGS，ChengduSichuan611734，China) Abstract：Coringandkeepingthestabilityholewallincomplexformationaretechnicaldifficultiesingeological drillingcir— cles．InWenchuanEarthquakeFaultScientificDrilling(WFSD)，5boreholeswereinthefaultzoneandtheformationwas extremelybrokenandsoft．Anewtypeofsteppedbottomjettinganti—erosioncorebitwasdesigned，numericalanalysiswas madeonbottom flowfieldbyCFD technologytooptimizedrainagegroovestructure，mudpropertiesandhydraulicparame— tersinordertofinethebestcombinationtolayfoundationsforcorerecoveryrateimprovement，coreblockageprevention andhigherholewallstability． Keywords：brokenandsoftformation；anti—erosioncorebit；diamondbit；flow fieldnumericalsimulation；structureopti— mization 1 选题依据与研究意义 CFD技术对钻头孑L底流场数值分析，根据流场大小 钻探取心技术是当今地质找矿被公认的最终获 及分布，优化钻头结构设计和水力参数，调整泥浆性 取地下准确地质信息的必备技术手段。破碎松软地 能，对于提高岩心采取率、预防堵心，提高孔壁的稳 层取心和孔壁稳定一直是困扰地质钻探界的两大技 定性十分必要。 术难题，一是取心率低，满足不了地学需求；二是堵 心，取心回次短，台月效率低；三是孔 内事故多，孔壁 2 孔底流场模拟的国内外研究现状 坍塌掉块，取心钻进无法进行。 随着计算流体动力学的发展，国外及国内石油 汶川地震断裂带科学钻探项 目(WFSD)实施 目 钻井利用 CFD技术对全面钻进钻头，特别是 PDC 的之一是连续获取岩心，研究地震活动规律与发震