基于DPM模型的旋切式PDC钻头流场特性研究

作者：李劲; 边晨阳; 刘忠; 侯辉辉

来源：石油机械, 2021, 49(09): 24-32.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2021.09.004

• 旋切式PDC钻头
• 井底流场
• 涡流
• 水力结构
• 流速
• 岩屑质量浓度

为解决旋切式PDC钻头存在的水力能量分布不均、岩屑容易沉积、水流迹线混乱以及在上返区存在涡流等问题,利用数值模拟中离散相颗粒模型,对旋切式PDC钻头井底流场中的旋切刀盘所在流道的井底流动特性进行了研究,对井底流速、井底岩屑质量浓度和切削齿附近的流速进行分析,提出2种改进的水力结构方案,并对改进的水力结构特性进行了对比。研究结果表明:采取偏置式刀翼横喷嘴和偏置式刀翼斜喷嘴都能够较好地提高旋切刀盘切削齿附近流速及旋切刀盘中心流速,降低井底岩屑质量浓度,减小涡流区,但偏置式刀翼横喷嘴清洗效果最好;当偏置式刀翼横喷嘴圆心距为50～60 mm时,旋切刀盘切削齿表面流速最快,井底岩屑质量浓度最小。研究结果可为旋切式PDC钻头水力结构设计提供新的思路。

• 单位
  中国石油大学（北京）; 中国石油集团工程技术研究院