توسعه یک رابطه کاربردی برای تخمین افت فشار در مته حفاری کاجی با استفاده از مدل رئولوژیک بینگهام

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد ، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین، ایران

چکیده

در این مقاله، افت فشار در مته حفاری با شبیه‌سازی جریان سیال غیرنیوتنی محاسبه شده است. مته حفاری کاجی نوع اف-3 با اندازه 8/7-7 اینچ بوده و دارای سه نازل با اندازه یکسان می‌باشد. محاسبه افت فشار برای نازل‌هایی با اندازه‌های 32/7، 32/9، 32/10و 32/11 اینچ انجام شده است. تحلیل جریان در مته حفاری برای هشت نوع گل حفاری صورت گرفته و از مدل رئولوژیک بینگهام برای تعیین خواص رئولوژیک گل‌های حفاری استفاده شده است. برای تعیین ضرایب مدل رئولوژیک، خواص رئولوژیک گل‌های حفاری با دستگاه ویسکومتر فن اندازه گیری شده است. افت‌های فشار محاسبه شده از شبیه سازی جریان، با نتایج تجربی و رابطه ایکل- بلستین مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد روش عددی، افت فشار در مته حفاری را با متوسط خطای66/9 درصد تخمین می‌زند در حالی‌که متوسط خطای رابطه ایکل- بلستین 16/17 درصد است. یک رابطه جدید برای تخمین افت فشار در مته حفاری کاجی پیشنهاد شده است، در این رابطه تاثیر خواص رئولوژیک سیال در تخمین افت فشار در نظر گرفته می‌شود. افت‌های فشار محاسبه شده با رابطه جدید، با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج نشان می‌دهد رابطه جدید، با دقت مناسبی و با خطای 31/8 درصد افت فشار در مته حفاری را محاسبه می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Kendall HA, Goins WC (1960) Design and operation of jet-bit programs for maximum hydraulic horsepower, impact force or jet velocity. Tram AIME 219: 238-250.
[2] Sutko AA, Myers GM (1971) The effect of nozzle size, number, and extension on the pressure distribution under a tri-cone bit. J Pet Technol 1299-1304.
[3] Townsend SC (1976) Comparison of two-nozzle and three-nozzle drilling under simulated field conditions. Master’s Thesis, University of Tulsa.
[4] Smalling DA, Key TA (1979) Optimization of jet bit hydraulics using impact pressure. SPE 8440, 54th Annual Fall Technical Conference and Exhibition, Las Vegas, Nevada.
[5] Ramsey MS,  Robinson LH, Miller JF, Morrison ME (1983) Bottomhole pressures measured while drilling. IADC/SPE Paper No. 11413, IADC/SPE Drilling Conference, New Orleans, Louisiana.
[6] Warren T, Winters W (1984) The effect of nozzle diameter on jet impact for a tri cone bit. SPE J 24(1).
[7] Cook RL, Nicholson JW, Sheppard MC, Westlake W (1989) First real time measurements of downhole vibrations, forces, and pressures used to monitor directional drilling operations. SPE/IADC 18651 Drilling Conference held in New Orleans, Louisiana.
[8] Wells MR, Pessier RC (1993) The effects of asymmetric nozzle sizing on the performance of roller cone bits. SPE J 25738.
[9] Zhao J, Xu YJ, Ren JH, Hou DJ (2014) Numerical simulation of the bottom hole flow field of particle impact drilling. APED 8(1): 18-23.
[10] Hansen E (2012) Automatic evaluation of drilling fluid properties. Master’s Thesis, University of Stavanger.
[11] Moslemi A, Rahmani R, Graham R, Ivie B (2015) Hydraulic design of shale drill bit using an integrated numerical and experimental approach. Society of Petroleum Engineers, SPE-173038-MS, SPE/IADC Drilling Conference and Exhibition, London, England.
[12] Meng X, Zhou H, Fan H, Peng Q, Deng S (2016) A systematic drilling hydraulics optimization method for improving rate of penetration and its application in ultra-deep wells. IPTC-18829-MS, International Petroleum Technology Conference, Bangkok, Thailand.
[13] Brown ET, Green SJ, Black AD, Tibbitts GA (1982) The influence of jet-bit hydraulics on drilling performance in shale. SPE-11283-MS.
[14] Eckel JR, Bielstein WJ (1951) Nozzle design and its effect on .drilling rate and pump operation. Drill And Prod Prac API 28-46.
[15] نظری م، محبی ر، کیهانی م ح (1392) تحلیل عددی انتقال حرارت سیال غیر نیوتنی در محیط متخلخل. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 109-105 :(1)3.
[16] احمدی ا، مجد ع، نوروزی م (1394) بررسی اثر سیال غیرنیوتنی در جریان غیرماندگار در سیستم لوله­ها. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 219-211 :(1)5.
[17] Versan M, Tolga A (2005) Effect of polymers on the rheological properties of KCl/polymer type drilling fluid. Energy Sources 27: 405-415.
[18] Bourgoyne AT, Chenevert ME, Millheim KK, Young FS (1991) Applied drilling engineering. SPE Textbook Series,  2, Richardson, TX.
[19] Bahrainian SS, Nabati A, Hajidavalloo E (2018) Effect of different rheological models on prediction of tri-cone bit pressure drop. Int J Oil Gas Coal Technol 18(3/4): 305-323.
[20] نادران طحان م، بحرینیان س س (1392) تأثیر    تغییر نسبت فشار بر مشخصه‌های عملکرد یک      توربین جریان شعاعی دوقلو با استفاده از مدلسازی هندسی و شبیه سازی جریان. مهندسی مکانیک مدرس 232-220 :(14)13.
 [21] Bahrainian SS, Mehrdoost Z (2012) An automatic unstructured grid generation method for viscous flow simulations. Math Comput Simul 83: 23-43.
[22] Xue S, Li J, Peng H, Chen Z, Wang Y, Zhu H (2005) Numerical simulation of ultra-high pressure rotary atomizing water jet flow field. WJTA American Water jet Conference, Houston, Texas.