Высокоэффективные гидромониторные насадки для буровых долот, армированных резцами PDC

Abstract

Актуальность. Дан обзор существующих запатентованных гидромониторных насадок, которые получили широкое применение при конструировании породоразрушающего инструмента. В настоящее время важно использование высокоэффективных гидромониторных насадок, при применении которых достигалась бы наибольшая скорость истечения промывной жидкости. Это позволит оптимизировать процесс бурения за счет разрушения горной породы на забое скважины благодаря возникновению гидромониторного эффекта, что, соответственно, улучшит очистку скважины и позволит снизить износ породоразрушающего инструмента. Достигается это за счет того, что струя промывочной жидкости обладает большой кинетической энергией на выходе из насадки, что приводит к изменению давления в порах породы, вследствие чего заключенный в них буровой раствор сжимается- разжимается, происходит гидравлический удар, в результате чего стенки пор, расширяясь, хрупко разрушаются на забое. При применении данных насадок будут снижаться затраты и повышаться рентабельность строительства скважин различного назначения. Цель. Разработка конструкции гидромониторной насадки для бурового долота, при использовании которой достигалась бы наибольшая скорость истечения струи бурового раствора, по сравнению с существующими аналогами. Методы. Для определения эффективности существующих насадок была разработана гидродинамическая CFD-модель потока бурового раствора в насадке с помощью программы SolidWorks Flow Simulation. Для моделирования истечения промывочной жидкости была выбрана реологическая модель Гершеля- Балкли. Для описания турбулентности задавались такие параметры, как интенсивность и масштаб турбулентности. Результаты и выводы. Выполнено моделирование и сравнение существующих запатентованных гидромониторных насадок с предлагаемой. Разработана новая геометрическая форма гидромониторной насадки, показывающая лучшие показатели по сравнению с существующими аналогами

Relevance. The article gives a review of existing patented hydro-monitor nozzles, which are widely used in the design of rock-destroying tools. Nowadays, it is important to use highly efficient hydro-monitor nozzles, which would achieve the highest flow rate of flushing fluid. This will optimize drilling by destroying the rock at the bottom of the well due to the emergence of the hydro-monitor effect, which will consequently improve well cleaning and reduce the wear of the rockdestroying tool. This is achieved due to the fact that the jet of washing fluid will have a large kinetic energy at the exit of the nozzle. This leads to a change in pressure in the rock pores, as a result of which the drilling fluid enclosed in them is compressed-tensioned, a hydraulic shock occurs, resulting in the pore walls, expanding, brittle destruction at the bottomhole. Application of these nozzles will reduce costs and increase profitability of construction of wells for various purposes. Aim. Development of a design of a jet nozzle for a drill bit, when used, the highest flow rate of the drilling fluid stream would be achieved, compared to existing analogues. Methods. To determine the efficiency of existing nozzles, a hydrodynamic CFD model of drilling fluid flow in the nozzle was developed using the SolidWorks Flow Simulation program. The Herschel- Bulkley rheological model was selected for modeling the drilling fluid flow. Such parameters as turbulence intensity and scale were set to describe turbulence. Results and conclusions. The authors performed modeling and comparison of existing patented jet nozzles with the proposed one. They developed a new geometric shape of the jet nozzle, showing better performance compared to existing analogues