[发明专利]脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法及射流发生器

说明书

本申请公开了一种脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法及射流发生器，其中，方法为：建立由钻头内环空和射流发生器振荡腔体内环空所构成的有限元模型，对有限元模型进行流体力学数值模拟计算，获得分别改变有限元模型中的不同参数的参数值时有限元模型的流体变化规律，根据流体变化规律选择各参数的最佳参数值。由于建立了有限元模型，根据各参数的不同参数值对有限元模型进行流体力学数值模拟计算，得到该参数下不同参数值所对应的流体变化规律，每个参数对应不同的流体变化规律，综合各参数的流体变化规律，选择能够提高脉冲射流效果的各参数的最佳参数值。使射流发生器具有更高效的脉冲射流冲击效果和井底净化能力。

技术领域

本发明涉及石油天然气钻探设备技术领域，特别涉及一种脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法。本发明还涉及基于该脉冲钻井用射流发生器振荡腔体方法的一种射流发生器。

背景技术

脉冲射流钻井是利用特定的工具，将钻井管柱内的连续流转变为脉冲射流，一方面获得较动力源高得多的瞬时射流冲击力，使井底获得更高的破岩能量进而有利于提高机械钻速；另一方面增加井底射流压力不均匀性，产生的脉动性负压力场降低岩屑压持效应，获得更高效的净化效果。因此，脉冲射流钻井这种能提高钻进效率的工艺在石油地质勘探及煤矿业的开发中发挥了巨大作用。

脉冲发生器是脉冲射流钻井设备中一个极其重要的部分，而脉冲发生器的核心是脉冲振荡腔体的结构设计，振荡腔体结构的优劣严重影响到脉冲射流冲击力幅值、频率及压降等性能，进而影响破岩、清岩效果。

因此，如何提高射流发生器的脉冲射流冲击效果和井底净化能力，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法，以得到脉冲射流冲击效果和井底净化能力更好的射流发生器。

本发明的另一个目的在于提供一种基于该脉冲钻井用射流发生器振荡腔体方法而设计的射流发生器，以提高脉冲射流冲击效果和井底净化能力。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法，建立由钻头内环空和射流发生器振荡腔体内环空所构成的有限元模型，对所述有限元模型进行流体力学数值模拟计算，获得分别改变所述有限元模型中的不同参数的参数值时所述有限元模型的流体变化规律，根据流体变化规律选择各参数的最佳参数值。

优选地，在上述的脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法中，所述参数包括振荡腔体出入口直径比、振荡腔体收缩锥角角度和振荡腔体长径比。

优选地，在上述的脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法中，所述流体变化规律包括射流速度分布规律、射流压力分布规律、脉冲压力幅值规律、脉冲频率规律、上返速度分布规律、上返压力分布规律和整体压力大小规律。

优选地，在上述的脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法中，所述建立由钻头内环空和射流发生器振荡腔体内环空构成的有限元模型的方法具体为：

根据钻具和钻头尺寸，建立由钻头内环空和射流发生器振荡腔体内环空所构成的三维几何模型；

定义所述三维几何模型各计算域的物性参数；

对所述三维几何模型进行网格划分，获得有限元网格模型；

根据所述物性参数分别建立入口流速、出口压力、湍流强度和水力直径的边界条件。

优选地，在上述的脉冲钻井用射流发生器振荡腔体设计方法中，所述对所述有限元模型进行流体力学数值模拟计算，获得分别改变所述有限元模型中的不同参数的参数值时所述有限元模型的流体变化规律的方法具体为：