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

در این مقاله، افت فشار در مته حفاری با شبیه‌سازی جریان سیال غیرنیوتنی محاسبه شده است. مته حفاری کاجی نوع اف3 با اندازه 77.8 اینچ بوده و دارای سه نازل با اندازه یکسان می‌باشد. محاسبه افت فشار برای نازل‌هایی با اندازه‌های 7.32، 9.32، 10.32و 11.32 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 خطای9.66 درصد تخمین می‌زند در حالی‌که متوسط خطای رابطه ایکل بلستین 17.16 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 8.31 درصد افت فشار در مته حفاری را محاسبه می‌کند.

Development of an applied relationship for pressure drop estimation in tri-cone drill bit using Bingham rheological model

In this study, non Newtonian fluid flow simulations are obtained through a tricone drilling bit. F3 drill bit of size 77/8 inch is used for pressure drop calculations. The drilling bit contains three nozzles of equal size. Nozzle sizes of 7/32, 9/32, 10/32, and 11/32 inch are selected for simulations and each solution considered three nozzles of equal size. Eight drilling fluids of different density and rheological properties are selected and Bingham rheological model is employed in this study. Rheological data were obtained using a Fann 35 viscometer. To validate the results, calculated pressure drops from flow simulations are compared to experimental data and EckelBielstein equation. The results show that flow simulations have predicted the pressure drop for all nozzle sizes with an absolute average percentage error of 9.66, whereas EckelBielstein equation has an absolute average percentage error of 17.16. A new equation is proposed to calculate the pressure drop in the tricone bit for Bingham rheological model. The proposed equation considers effects of rheological parameters on the pressure drop. Comparison of results with experimental data revealed that the proposed equation can predict pressure drops with an absolute average percentage error of 8.31.