机床与液压

作者：屈朋举，但斌斌，陈刚，牛清勇，叶道辉，张香红

单位：武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室;武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室；武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室;武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室；湖北科技职业学院；武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室;武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室；中石化江钻石油机械有限公司；中石化江钻石油机械有限公司

关键词：PDC钻头;数值模拟;喷嘴;转速;喷出速度

基金：湖北省技术创新专项重大项目(2019AAA013)

研究PDC钻头井底流场分布规律是提高岩屑运移效率、冷却钻头和抑制泥包产生的有效方法。利用Fluent软件，基于 κ-ε 双方程模型和封闭N-S湍流方程，使用Simplec算法，分析钻头转速、钻井液喷出速度和总流过面积相同时喷嘴数量对井底流场分布的影响。结果表明：当钻头转速从90 r/min增加至110 r/min时，转速增加对井底湍动能及速度的提升效果较为显著；但当转速达到120 r/min时，井底湍动能及速度略有降低，提高钻头转速有利于由外向内清洗钻头表面；当钻井液喷出速度从5 m/s增加至9 m/s时，井底湍动能及速度随射流喷射速度的增加而增加，提高钻井液喷出速度可以使漩涡靠近井壁或钻头体，抑制了漩涡面积的增加，有利于岩屑的运移；在喷嘴总流过面积相同时，减小外侧喷嘴直径，外侧喷嘴个数从3个增加至4个，井底湍动能及速度随之增加，有利于井底岩屑的运移，但导致钻头表面中心的低速区域面积增加，不利于钻头表面的清洗。

来源：2023年第13期

《机床与液压》期刊编辑部

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