Details

В данном исследовании представлены результаты численного моделирования, выполненного с использованием коммерческого пакета ANSYS Fluent, описывающие истечение промывочной жидкости  при бурении скважин.  Моделирование основано на методе усредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (RANS) и включает в себя применение различных моделей турбулентности: стандартной k-ε, k-ε Realizable и k-ω SST.  Задача решалась в двумерной (2D) и трехмерной (3D) постановках с учетом различных параметров геометрии насадки бурового долота.  Основная цель исследования заключалась в изучении эффективности выноса бурового шлама из затрубного пространства. В ходе проведенных методических расчетов была выполнена  оценка применимости  указанных моделей турбулентности.  Полученные результаты продемонстрировали значительные расхождения в полях и профилях скорости, рассчитанных в 2D и 3D постановках.  Это  подтверждает  вывод о существенной  трехмерной неоднородности  течения  внутри цилиндрической области, образуемой насадкой. Важно отметить, что  расчетные данные о поле скорости и профилях скорости хорошо согласуются с тестовыми данными. Кроме того,  было исследовано влияние  геометрических параметров насадки  (стандартная и удлиненная конструкция) на структуру течения промывочной жидкости.  Моделирование проводилось с учетом выноса шлама, и для обеих конфигураций насадки были получены количественные оценки эффективности процесса выноса шлама с забоя скважины.

This study presents the results of numerical simulations performed using the commercial CFD package ANSYS Fluent to describe the ejection of drilling fluid during well drilling.  The simulations are based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach and employ various turbulence models: standard k-ε, k-ε Realizable, and k-ω SST.  The problem was solved in both two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) formulations, considering different geometric parameters of the drill bit nozzle. The primary objective of this research was to investigate the efficiency of cuttings removal from the annulus. Methodological calculations included an assessment of the applicability of the aforementioned turbulence models. The obtained results demonstrated significant discrepancies in the velocity fields and profiles calculated in the 2D and 3D formulations.  This confirms the conclusion of significant three-dimensional inhomogeneity of the flow within the cylindrical region formed by the nozzle. Importantly, the calculated velocity field and profiles show good agreement with experimental data. Furthermore, the influence of nozzle geometric parameters (standard and elongated designs) on the flow structure was investigated.  The simulations were conducted considering cuttings transport, and quantitative assessments of cuttings removal efficiency from the well bottom were obtained for both nozzle configurations.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Обзор литературы
• 2. Постановка задачи
  • 2.1 Расчетная область
  • 2.2 Граничные условия
  • 2.3 Основные уравнения
    • 2.3.2. Уравнения сохранения
  • 2.4 Вычислительные аспекты задачи
    • 2.4.1 Расчетный код
    • 2.4.2. Моделирование выноса шлама
• 3. Сравнение расчетных и тестовых данных
  • 3.1. Распределение скорости в расчетной области
• 4. Методические расчеты
  • 4.1. Выбор модели турбулентности
  • 4.2. Сравнение постановок
  • 4.3. Выбор размерности расчетной сетки
• 5. Влияние параметров насадки
• 6. Численное моделирование выноса шлама
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ