Науковий вісник НГУ

Комп‘ютерне моделювання процесів гідродинаміки та теплообміну на вибої свердловини, що буриться

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 1

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Розробка родoвищ корисних копалин

Останнє оновлення: 19 листопада 2016

Опубліковано: 18 листопада 2016

Перегляди: 3661

Authors:

А.Ю.Дреус, канд. техн. наук, доц., Дніпропетровський національний університет ім. О.Гончара, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

К.Є.Лисенко, канд. техн. наук, Дніпропетровський національний університет ім. О.Гончара, м. Дніпро, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Abstract:

Мета. Чисельне дослідження поля швидкості бурового розчину у привибійній зоні свердловини та обґрунтування методики розрахунку коефіцієнтів конвективної тепловіддачі на поверхні алмазної коронки при її охолоджені.

Методика. Для дослідження використані методи комп’ютерного моделювання гідродинамічних процесів (CFD–моделювання).

Результати. Запропоновані фізична й математична моделі гідродинамічних процесів і тепловіддачі на вибої свердловини при бурінні алмазними коронками. Отримано розподіл поля швидкостей бурового розчину при обтіканні коронки під час її поглиблення. З точки зору конвективного теплообміну показано, що істотна зміна поля швидкості відбувається лише по висоті коронки. В азимутальному напрямку розподіл швидкостей потоку під час обертання коронки можна вважати однорідним. Найвища неоднорідність поля швидкостей спостерігається у промивальних каналах, що сприяє інтенсивному зносу коронки. Результати розрахунку поля швидкостей дозволили визначити коефіцієнти тепловіддачі за висотою коронки. Показано, що, за рахунок значного прискорення потоку, найінтенсивніша тепловіддача має місце у промивальних каналах.

Наукова новизна. Набула подальшого розвитку теорія гідротермодинамічних процесів у вибої при бурінні свердловин. Одержані нові дані з розподілу поля швидкостей та поля тиску в буровій рідині на вибої. Показано, що, за рахунок локально однорідного розподілу поля швидкостей, можна при розрахунку коефіцієнтів конвективної тепловіддачі коронки прийняти їх постійними в межах окремих ділянок.

Практична значимість. Результати моделювання гідродинамічних полів можуть бути використанні для визначення оптимальної геометрії промивальних каналів при проектуванні бурового інструмента. Отримані коефіцієнти тепловіддачі дозволяють проводити розрахунки температурних полів у тілі коронки, що необхідно для визначення ресурсо- та енергозберігаючих режимів буріння.

References/Список літератури

1. Kozhevnikov, A. A., Filimonenko, N. V., and Zhikaliak, N. V., 2010. Impulsnaia promyvka skvazhin [Pulse flushing of drilling holes]. Donetsk: “Knowledge” Publishing House.

Кожевников А. А. Импульсная промывка скважин / Кожевников А. А., Филлимоненко Н. В., Жикаляк Н. В. – Донецк: Изд-во „Ноулидж“ (Донецкое отд.), 2010. – 275 с.

2. Dreus, A., Kozhevnikov, A., Sudakov, A. and Lysenko, K., 2016. Investigation of heating of the drilling bits and definition of the energy efficient drilling modes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, No. 3/7 (81), pp. 41–46.

3. Abukhshim, N. A., Mativenga, P. T. and Sheikh, M. A., 2006. Heat generation and temperature prediction in metal cutting: A review and implications for high speed machining. International Journal of Machine Tools & Manufacture, No. 46, pp. 782–800.

4. Kozhevnikov, A. A., Goshovskyi, S. V., Dreus, A. Yu. and Martynenko, I. I., 2008. Teplovoi factor pri burenii skvazhin [Heat factor in the course of well drilling]. Kiev: Ukrainian State Mining Exploration Publishing House.

Тепловой фактор при бурении скважин / Кожевников А. А., Гошовский С. В., Дреус А. Ю., Мартыненко И. И. – К.: Изд-во УкрГГРИ, 2008. – 166 с.

5. Zhao Jian, Xu Yiji, Ren Jianhua and Hou Deju, 2014. Numerical Simulation of the Bottom Hole Flow Field of Particle Impact Drilling. Advances in Petroleum Exploration and Development, Vol. 8 (02), рр. 18–23.

6. Yu-Ying Zhang, Yong-Wang Liu, Yi-Ji Xu and Jian-Hua Ren, 2011. Drilling characteristics of combinations of different high pressure jet nozzles. Journal of Hydrodynamics. Ser. B. , Vol. 23 (3), рр. 384–390.

7. Chang-Heon Song, Ki-Beom Kwon, Jin-Young Park, Joo-Young Oh, Shinok Lee, Dae-Young Shin and Jung-Woo Cho, 2014. Optimum Design of the Internal Flushing Channel of a Drill Bit using RSM and CFD Simulation. International journal of precision engineering and manufacturing, Vol. 15(6), рр. 1041– 1050.

8. Khrutskyi, A. A., 2009. Mathematical modeling of flange bit flow-over with pressed air in the course of drilling in the environment COSMOSFloWorks. Naukovyi Visnyk Natsіonalnoho Hіrnychoho Unіversitetu, No. 11, рр. 38–42.

Хруцкий А. А. Математическое моделирование процесса обтекания штыревой коронки сжатым воздухом при бурении в среде COSMOSFloWorks / А. А. Хруцкий // Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2009. – № 11. – С. 38–42.

9. Chen Yan, Liu Zhiyi and Duan Longchen, 2012. Simulation on hydraulic performance of two kinds of coring diamond bits with different crown. Advanced Materials Research, Vol. 497, рр. 350–355.

10. Karakozov, A. A., Popova, M. S., Parfenyuk, S. N., Bogdanov, R. K. and Zakora, A. P., 2013. Creation of single-layered diamond drilling bits equipped with synthetic mono-crystals. Scinetific articles of Donetsk National Technical University. Ser : Mining exploration, No. 2, рр. 245–252.

Создание однослойных алмазных коронок, оснащённых синтетическими монокристаллами / А. А. Каракозов, М. С. Попова, С. Н. Парфенюк [и др.] // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Гірничо-геологічна – 2013. – № 2. – С. 245–252.

11. Dreus, A. Yu., Kozhevnikov, A. A., Sudakov, A. K., Vakhalin, Yu. M., 2016. Study on thermal strength reduction of rock formation in the diamond core drilling process using pulse flushing mode. Naukovyi Visnyk Natsіonalnoho Hіrnychoho Unіversitetu, No. 3, рр. 5–10.

Исследование термического разупрочнения горной породі при бурении с импульсной промывкой / А. Ю. Дреус, А. А. Кожевников, А. К. Судаков, Ю. Н. Вахалин // Науковий вісник Національного гірничого університету. – 2016. – № 3. – С. 5–10.

05_2016_Dreus
2016-11-15  691.7 KB  837

• < Попередня