李劲 边晨阳 刘忠 侯辉辉

(1.中国石油集团工程技术研究院有限公司 2.中国石油大学(北京) 3.中国石油大学(北京)克拉玛依校区)

0 引 言

良好的PDC钻头井底流动特性能够提高排屑效率，减少泥包的产生，从而提高PDC钻头的钻进效率。旋切式PDC钻头是一种新型钻头，具有较宽的流道和旋切刀盘等特殊结构。目前，旋切式PDC钻头存在的主要问题是：水力能量分配不均、涡流区较大、旋切刀盘切削齿附近流速较低以及岩屑不易排出等。在旋切式PDC钻头上采用常规PDC钻头水力结构时井底流动特性并不理想，需要对旋切式PDC钻头的井底流动特性进行研究并对其水力结构进行优化，以提高其水力性能。

众多学者对PDC钻头的井底流动特性进行了研究，况春雨等[1]利用数值模拟方法对牙轮-PDC钻头的井底流场特性进行了研究，发现涡流对排屑效率有较大不利影响。WANG Z.Q.等[2]利用数值模拟方法对双级PDC钻头的井底流场特性进行了研究，发现水力能量分布对涡流区的产生有较大影响。况雨春等[3]认为，在主刀翼的切削齿附近流体流速应较大，因为切削齿表面流速较大时不易发生泥包现象。曹扬等[4]利用数值模拟的方法对旋切式PDC钻头井底流场特性进行了研究，结果发现改变旋切刀盘形状与中心喷嘴曲率后，上返区的流速以及井底流速有所升高，岩屑浓度有所降低。

总结前人的研究成果不难发现：井底涡流区对钻头的排屑效率有严重影响；切削齿附近流速和井底岩屑浓度对泥包的产生有较大影响。……