机床与液压

作者：吴泽兵，袁若飞，张文溪，刘家乐，沈飞

单位：西安石油大学机械工程学院；西安石油大学机械工程学院；西安石油大学机械工程学院；西安石油大学机械工程学院；西安石油大学机械工程学院

关键词：水力结构;仿生;PDC钻头;响应面;优化设计

基金：陕西省重点研发计划项目（2022kw-10）

合理的钻头水力结构能避免泥包现象发生，提升钻井效率。为完善仿生PDC钻头的水力结构，基于 κ-ε 湍流模型和离散相模型对4种不同水力结构方案进行数值计算，确定了最佳方案为喷嘴和辅助喷嘴结合。为确定该方案下最佳结构参数，使用响应面法建立了以喷嘴直径x1，辅助喷嘴直径x2、喷嘴距钻头中心径向距离x3为设计变量，采样点最大速度D和采样点平均速度E为目标函数的数学模型，基于回归分析对钻头水力结构进行优化设计，求出最佳参数为喷嘴直径16.36 mm，辅助喷嘴直径8 mm，喷嘴距钻头中心径向距离63.85 mm，并对该参数下的水力结构性能进行了数值计算。结果表明：优化后的钻头水力结构不仅减少了流体井底速度波动次数，且明显提升了整体速度，解决了原有的涡流现象，增强了钻井液携岩性能，减小了粒子浓度。

来源：2024年第15期

《机床与液压》期刊编辑部

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