闫炎 管志川 杨才 阎卫军 耿潇

1.中国石油大学(华东)石油工程学院；2.山东省深地钻井过程控制工程技术研究中心；3.中国石油长城钻探工程有限公司国际测井公司；4.中国石油长城钻探工程有限公司钻井一公司

随着油气开发不断向深部发展，深井机械钻速慢的问题日益突出。双级PDC钻头通过有效释放地层应力的方式提高破岩效率，已成为现场大尺

寸井眼的主要提速工具之一［1-3］。然而双级钻头破岩过程中领眼钻头与扩眼钻头之间钻井液形成的流速场干扰是双级PDC钻头水力结构优化中亟待解决的问题。一个良好的双级PDC钻头井底流场应该能使钻井液的流动满足领眼钻头与扩眼钻头破碎的岩屑迅速从井底运移且领眼钻头井眼内的岩屑快速通过扩眼体井眼上返［4-7］。因此，针对双级PDC钻头分析井底钻井液流场特性对于双级PDC钻头破岩效率和机械钻速的提高无疑是至关重要的。

笔者基于有限元软件FLUENT 17.0，建立了一套适用于双级PDC钻头井底流场的数值模拟方法，并对双级PDC钻头的井底压力场和流速矢量场进行刻画，从而揭示双级PDC钻头钻进时钻井液的流动特征。在数值模拟中，评价钻头井底流场的主要依据是需要较好地解决井底流场中存在的滞流区、低压区、涡旋等问题。

1 计算模型

1.1 流动控制方程

PDC钻头井底环空存在速度梯度较大的区域。由于流动速度梯度越大摩擦力越大，因此在进行环空流场分析时必须考虑钻井液黏性力的作用。……