CFD在保真取心钻具结构优化设计中的应用

第45卷第5期2009年9月地质与勘探GE0L0GYANDEXPLORAT10NV01．45No．5September，2009·工程·CFD在保真取心钻具结构优化设计中的应用胡郁乐张晓西(1．中国地质大学(武汉)工程学院，武汉430074；张恒春朱永宜2．中国地质科学院勘探技术研究所，廊坊065000)[摘要]在无胶结、松散、易碎地层中钻进取心，采取率不足一直是困扰钻探界人士的技术难题。针对一套自行设计的高保真取心钻具，用计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics简称CFD)方法，对钻具内的流场进行了三维数值模拟，并在此基础上对其结构进行了优化设计。事实证明，利用计算流体动力学技术对钻具的水力结构进行优化设计是一种经济而有效的手段。[关键词]Cfdesign流场模拟高保真取心钻具优化设计[中图分类号]P643[文献标识码]A[文章编号]0495—5331(2009)05—0627—04HuYu—le，ZhangXiao—xi，ZhangHeng—chun，ZhuYong—yi．ApplacationofCFDondesigningoptimizingoffidelitycorlingdrillstructure[J]．GeologyandExploration，2009。45(5)：627—630．1引言在无胶结、松散、易碎、易冲刷的地层中钻进，岩心取心率严重不足，甚至无法取得岩心是一直困扰钻探界人士的技术难题j。乌兹别克钻探专家伊万先生曾经说过：“松散砂砾石层钻进取心，前苏联钻探界曾投人大量人力、物力，历时30多年，至今未找到很好的方法。”实践证明，在松散地层中取心钻进，冲洗液是影响岩心采取率的最重要因素。在以上背景条件下，我们设计了一套特殊的保真取心钻具，用于解决松科一井钻探取心难题。在研制过程中，采用计算流体动力学模拟软件Cfdesign8．0对钻具内部流体的流动进行了大量模拟仿真，通过模拟仿真解析这套钻具，达到提高应用效能的目的，最终结果再为优化钻具设计、改进钻具性能服务。该套钻具成功地应用于松科一井工程，取得了很好的效果，不但岩心采取率高，采取率达80％以上，而且能基本保持地层原状的结构。由于提供的岩样准确、可靠、完整、采取率高、不扰动，为地质学家提供了可以信赖的研究对象。2钻具的设计和三维模型的建立对于松散、易冲刷的地层而占，