一种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分析方法，具体的说是涉及一种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法。
【背景技术】
[0002]20世纪40年代，反循环钻井技术开始萌芽，空气反循环钻井技术是70年代中期才进入实用阶段，并在地质勘探领域得到大规模应用。依靠其钻井效率和取心率高、岩矿心质量好、以及可在水源贫乏地区钻探等优势，在80年代，空气反循环钻井技术与金矿勘探技术齐头并进，占据了传统钻井行业的很大一部分。美国、俄罗斯、澳大利亚等国家都具有很成熟的钻井经验，每年美国都有30多家公司开动100多台钻机进行空气反循环钻井作业。目前，确定地下矿产各项技术参数完全可以用岩屑代替传统的柱状岩心，不仅在固体矿产勘探中适用，还可以应用在工程施工、油气开发、水文水井等领域。另外，在发展中的南美、西非等国也被大量使用，甚至发展速度缓慢的蒙古国也逐渐兴起使用反循环连续取心钻探技术进行钻井作业。
[0003]从1985开始，贯通式潜孔锤钻探技术一直得到中国地质调查局和原地矿部的大力支持，反循环钻井技术得到不断深入和完善，钻井工艺取得了多项技术创新。在矿产勘探、水文水井钻探等领域的应用效果显著，甚至适应在复杂地质条件下的钻进。目前，我国的潜孔锤反循环钻井技术已处于国际领先水平。
[0004]潜孔锤反循环钻头结构的优化设计对于反循环钻井工艺有着重要的意义。在球齿外出刃一定的前提下，钻头体与孔壁间的环空断面积随着钻头外径的增大而迅速增大，过流断面面积的增大使得外环间隙的阻力减小，当压缩空气经底喷孔排出后，在孔底形成反射和漫流，部分气体会从外环间隙上返，不利于形成良好的反循环。因此需要对反循环钻头结构进行优化仿真设计，对反循环钻头结构设计进行前期或者后期的参数仿真分析，以保证反循环的正常形成。
【发明内容】
[0005]鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，该分析方法能够逼真模拟反循环效果，提高设计准确度。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案:
[0007]—种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，其特征在于:
[0008]1、模拟的前期准备:首先调用并建立井下空气反循环完整井段模型，其模拟井壁要求保证密封；
[0009]U、反循环钻头的模型准备:由于潜孔锤空气反循环进行时流体是在井壁所包围的内空间中流动，因此该流体模型选用内流式模型；
[0010]ii1、对模型模拟分析的参数进行配置:包括对流体类型选择空气以及对绝热壁以及零粗糙度进行相应参数配置；
[0011]iv、插入边界条件:对需要设置的边界条件的作用面建立边界条件，包括入口边界条件以及出口边界条件且选择默认标准环境参数，即标准大气压强和常温；
[0012]V、插入面目标:在模拟分析运行的过程中跟踪目标界面的各项技术参数，包括静压力、总压力、动压力、流体温度、流体密度、流速、质量流率以及体积流率；
[0013]v1、分析运算:计算井段出口总质量流量，且保证出口质量流量的总和与入口的质量达到平衡。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果:
[0015]本发明能够实现反循环仿真效果环空无漏失，且能够模拟分析运算出的各种数据，直观形象显示出仿真钻头的反循环能力，提高优化设计效率。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。
[0017]反循环钻头是实施贯通式潜孔锤反循环钻进工艺的核心部件。以前，反循环钻头结构参数设计主要通过实际实验或者钻井作业总结经验得到，必须等到设计的钻头实物制造出来之后，并进行实际工作，才能得知其反循环效果水平。只有借助试验才可以验证设计是否成功，实验次数多，周期长，成本高，随着计算机的不断发展，各种流体分析软件不断出现，为反循环钻头仿真分析提供了研究平台。
[0018]具体的所述的潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，包括如下步骤:
[0019]1、模拟的前期准备:首先调用并建立井下空气反循环完整井段模型，其模拟井壁要求保证密封；
[0020]U、反循环钻头的模型准备:由于潜孔锤空气反循环进行时流体是在井壁所包围的内空间中流动，因此该流体模型选用内流式模型；
[0021]ii1、对模型模拟分析的参数进行配置:包括对流体类型选择空气以及对绝热壁以及零粗糙度进行相应参数配置，同时创建端盖保证模型用于模拟分析的内空间完全封闭；
[0022]iv、插入边界条件:对需要设置的边界条件的作用面建立边界条件，包括入口边界条件以及出口边界条件且选择默认标准环境参数，即标准大气压强和常温；
[0023]V、插入面目标:在模拟分析运行的过程中跟踪目标界面的各项技术参数，包括静压力、总压力、动压力、流体温度、流体密度、流速、质量流率以及体积流率；其中质量流率为主要跟踪目标。
[0024]v1、分析运算:计算井段出口总质量流量，且保证出口质量流量的总和与入口的质量达到平衡。
[0025]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，其特征在于: 1、模拟的前期准备:首先调用并建立井下空气反循环完整井段模型，其模拟井壁要求保证S封； i1、反循环钻头的模型准备:由于潜孔锤空气反循环进行时流体是在井壁所包围的内空间中流动，因此该流体模型选用内流式模型； ii1、对模型模拟分析的参数进行配置:包括对流体类型选择空气以及对绝热壁以及零粗糙度进行相应参数配置； iv、插入边界条件:对需要设置的边界条件的作用面建立边界条件，包括入口边界条件以及出口边界条件且选择默认标准环境参数，即标准大气压强和常温； V、插入面目标:在模拟分析运行的过程中跟踪目标界面的各项技术参数，包括静压力、总压力、动压力、流体温度、流体密度、流速、质量流率以及体积流率； v1、分析运算:计算井段出口总质量流量，且保证出口质量流量的总和与入口的质量达到平衡。
2.根据权利要求1所述的潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，其特征在于:对模型模拟分析的参数进行配置还包括创建端盖保证模型用于模拟分析的内空间完全封闭。
【专利摘要】本发明公开了一种潜孔锤反循环钻头在井下工作状态的流体模拟分析方法，包括调用并建立井下空气反循环完整井段模型，其模拟井壁要求保证密封；反循环钻头的模型准选用内流式模型；对模型模拟分析的参数进行配置；对需要设置的边界条件的作用面建立边界条件；在模拟分析运行的过程中跟踪目标界面的各项技术参数；计算井段出口总质量流量，且保证出口质量流量的总和与入口的质量达到平衡。本发明能够实现反循环仿真效果环空无漏失，且能够模拟分析运算出的各种数据，直观形象显示出仿真钻头的反循环能力，提高优化设计效率。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104636516
【申请号】CN201310555221
【发明人】曲通, 关峰
【申请人】大连市勘察测绘研究院有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月7日