Modeling hydrodynamics of the flushing fluid intermittent flow in the hydraulic system of the diamond bit

Abstract

Purpose. To study the effect produced by the intermittent flushing on hydrodynamic processes in the hydraulic system of a diamond bit. Methods. Mathematical modeling methods and CFD experiment. Findings. A mathematical model of hydrodynamic processes in the flushing ports of the drill bit hydraulic system in conditions of drilling with intermittent flushing is presented. Numerical study of hydrodynamic processes for symmetric intermittent flushing was conducted. The velocity and pressure fields in the flow of the drilling fluid (water) in the ports were obtained. It was shown that pressure changes significantly in the flow with formation of low pressure zones and low intensity vortex during the pause in feeding. Analysis of the obtained effects shows that the use of intermittent flushing allows to control the hydrodynamic processes and influence the diamond drill bit operation. Originality. Hydrodynamics of intermittent flow of the flushing fluid in the hydraulic system of drill bits was investigated for the first time ever. The obtained results are the basis to theoretical substantiation of technological effects during drilling with intermittent flushing, such as improving bottom hole cleaning from slurry and increasing drilling speed. Practical implications. The results of the study are important for developing a technique and technology of diamond drilling with intermittent flushing.

Цель. Исследование влияния прерывистой промывке на гидродинамические процессы в гидравлической системе алмазной буровой коронки. Методика. Методы математического моделирования с использованием CFD эксперимента. Результаты. Представлена математическая модель гидродинамических процессов в промывочных каналах гидравлической системы буровой коронки при бурении с прерывистой промывкой. Выполнено численное исследование процессов гидродинамики для симметричной прерывистой промывки. Получены поля скорости и давления в потоке промывочной жидкости (воды) в каналах, показано существенное изменение давления в потоке с образованием зон пониженного давления, а также возникновение слабоинтенсивного вихревого течения в период паузы в подаче. Анализ полученных эффектов показывает, что использование прерывистой промывки позволяет управлять гидродинамическими процессами и оказывать влияние на работу алмазной буровой коронки. Научная новизна. Впервые исследована гидродинамика прерывистого потока промывочной жидкости в гидравлической системе буровых коронок. Полученные результаты являются основой для теоретического обоснования технологических эффектов при бурении с прерывистой промывкой: улучшения очистки забоя от шлама и увеличения скорости бурения. Практическая значимость. Результаты исследования представляют интерес для развития техники и технологий алмвзного бурения с прерывистой промывкой.

Мета. Дослідження впливу переривчастої промивки на гідродинамічні процеси в гідравлічній системі алмазної бурової коронки. Методика. Методи математичного моделювання з використанням CFD експерименту. Результати. Представлено математичну модель гідродинамічних процесів у промивальних каналах гідравлічної системи алмазної бурової коронки при бурінні з переривчастою промивкою. Виконано чисельне дослідження процесів гідродинаміки для симетричної промивки. Отримані поля швидкості та тиску у потоці промивальної рідини (вода) в каналах, показано істотна зміна тиску в потоці з утворенням зон зниженого тиску, а також виникнення слабоінтенсивної вихрової течії під час паузи в подачі. Аналіз отриманих ефектів показує, що використання переривчастої промивки дозволяє керувати гідродинамічними процесами та впливати на роботу алмазної бурової коронки. Наукова новизна. Вперше досліджено гідродинаміку переривчастого потоку промивальної рідини в гідравлічній системі алмазних бурових коронок. Отримані результати є основою для теоретичного обґрунтування технологічних ефектів при бурінні з переривчастою промивкою: покращення очистки вибою свердловини від шламу та збільшення швидкості буріння. Практична значимість. Результати дослідження представляють інтерес для розвитку техніки та технології алмазного буріння з переривчастою промивкою.