(武汉亿斯达工具有限公司，湖北 武汉430205）

杨作峰(长庆钻井工程总公司器材供应公司，陕西 西安710021）

PDC(Polycrystalline Diamond Compact Bit）钻头是以人造聚晶金刚石为切削齿的聚晶金刚石复合片钻头，目前已在油田生产过程中广泛应用。由于钻进过程中的水力因素对钻头性能有极大影响，为了解PDC钻头井底流场特点，运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD）原理对井底流场进行数值模拟，据此指导PDC钻头的优化设计，使其避免产生泥包和冲蚀现象，从而达到最佳排屑效果。

1 数值模拟

1．1 基本原理

根据流体力学可知，一切流体流动现象都遵守质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律，PDC钻头的井底流体流动也遵循上述规律，由上述定律导出的方程分别为连续性方程、动量方程和能量方程，计算流体力学中将以上方程统称为N-S方程[1]。对于PDC钻头井底流场的实际物理模型，可以认为是不可压缩的湍流，独立的N-S方程不能求解。为此，雷诺采用统计的方法将上述方程对时间比尺取平均，所得方程描述流体的时均流速、时均压力分布以及其他物理量的时均分布，但时均过程使上述方程产生一些新的未知项，方程组不再封闭，只有借助经验公式才能使其封闭，这种方法叫做雷诺平均[2]。在湍流流动中，任何物理量都可以分解成一个平均量与一个脉动量的和，在进行湍流模拟时可直接计算平均量，而脉动量对平均量的影响可通过简单模型进行近似模拟[2]。目前有关工程上的湍流计算中，对κ-ε模型应用较多。……