PDC钻头定向喷嘴井底流场数值模拟

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第5章 PDC钻头水力参数优化设计方法

第5章 PDC钻头水力参数优化设计方法第5章pdc钻头水力参数优化设计方法第五章PDC钻头水力参数优化设计方法在机泵条件一定的情况下，水力参数优化设计的主要任务是确定钻头的喷嘴直径和钻井泵的压力和排量。

5.1泵压和排量对PDC钻头机械钻速的影响现场实践表明，泵压和排量对pdc钻头和牙轮钻头机械钻速的影响规律不同。

在泵功率一定的条件下，对pdc钻头来说，排量对钻速的影响更为重要；而对牙轮钻头来说，泵压对钻速的影响更为重要。

因此，pdc钻头趋向于使用较大排量和较低泵压，而牙轮钻头则趋向于使用较高泵压和较低排量。

在相同地层用相同尺寸钻头钻进，pdc钻头所用排量一般比牙轮钻头高5~10l/s，而泵压一般低2~3mpa。

图5-1和图5-2显示了通过现场数据统计分析得出的牙轮钻头和PDC钻头ROP和位移之间的关系。

可以看出，PDC钻头的机械钻速随排量的增加几乎呈线性增加。

对于牙轮钻头，当位移超过一定值（25L/s）时，机械钻速几乎不会增加。

1025820156410机械钻速/m/h2图5-1排量对牙轮钻头钻速的影响图55-1排量对pdc钻头钻速的影响00泵压和排量对牙轮钻头和pdc钻头的影响不同，是因为两种钻头的破岩机0510152025303540252627282930313233理和结构不同。

排量/l/s排量/l/s牙轮钻头主要以冲击压碎的方式破碎岩石，在井底形成裂纹发育的破碎坑穴（图5-3），故需要的较大的水功率来清除破碎坑内的岩屑。

而且，射流水功率越大，辅助破碎岩石的效果越好。

然而，牙轮钻头的喷嘴距井底较远，射流能量衰减严重，故需要较高的泵压（钻头压降）来补偿射流能量损失。

图5-3牙轮钻头的破岩作用图5-3 PDC钻头的破岩作用pdc钻头的喷嘴距井底只有30~40mm，一般小于射流等速核长度（等速核长度约为喷嘴当量直径的4.8~5倍），射流能量可以得到有效利用。

pdc钻头是以切削作用破碎岩石，岩屑直接被剥离井底，破岩效率高。

PDC钻头喷嘴倾角流场特性模拟研究_吴迪楠

科技论坛1 2 3 4 5 mm 12.70 11.13 12.70 11.13 11.13 14° 25° 14° 25° 25° 43° 105° 189.9° 252.5° 315.3° mm21 45 21 45 45 ＰＤＣ钻头喷嘴倾角流场特性模拟研究吴迪楠１肖丽芳２程紫薇３（1、中国石油与天然气公司辽河油田分公司，辽宁盘锦1240002、中国石油与天然气公司冀东油田分公司，河北唐山0630003、中国石油与天然气公司辽河油田锦州采油厂，辽宁锦州121209）喷嘴作为钻井液通过ＰＤＣ钻头的流道，其直径大小、组合方式、布置结构、形状特征等结构参数直接影响到ＰＤＣ钻头的井底流场特性［１－３］。

关于ＰＤＣ钻头喷嘴直径、组合方式等对井底流场的影响，前人进行了一定的研究，但是对于ＰＤＣ钻头喷嘴倾角对井底流场的影响尚未有明确的结论。

合理的喷嘴倾角组合能够使ＰＤＣ钻头的流场特性达到最优，有利于井底清岩和冷却钻头。

本文利用数值模拟的手段，从优化喷嘴角度出发，对两类不同的喷嘴倾角组合方式对井底流场进行了研究。

一是固定中心喷嘴倾角，改变外围喷嘴倾角；二是固定外围喷嘴倾角，改变中心喷嘴倾角，模拟研究最优喷嘴角度组合。

１物理模型和数学模型的建立ＰＤＣ钻头的形状结构多样，采用ＰＤＣ钻头的实际形状建模是不切实际的。

因此，综合分析ＰＤＣ钻头各部分结构对井底流场特性的影响，忽略部分次要因素，并对ＰＤＣ钻头进行一定的简化，建立图１所示物理模型，钻头直径为８－１／２＇＇（２１５．９ｍｍ），采用五刀翼结构（２主刀翼＋３辅助刀翼），水力结构为常见的５喷嘴结构，中心喷嘴两个，直径为１２．７０ｍｍ（代号１６），外围喷嘴三个，直径为１１．１３ｍｍ（代号１４），喷嘴布置方案见表１。

为了计算方便和之后的网格划分，建模过程中忽略了对井底流场影响较小的次要因素，进行了如下简化假设：（１）假设井底为平面，井壁为光滑圆柱面规则井壁；（２）假设流场系统为绝热系统，即与外界无热量交换；（３）忽略井底围压的影响；（４）忽略切削齿对流场特性的影响；（５）忽略井底岩屑对井底流场的影响；（６）忽略钻头转动对井底流场的影响。

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

Ａｂｓｒｃ：Ｉｄｒｔｏｅ２．９ｍｍｅｅｒｉｉｎｔｅＰＤＣｔＳｃｌｎｇａｕｔｎｇａｒｉｇｔａｔｎｏｒｅｏｐｒｖ５１ｃｎｔｒｐａｔｔｏ — ｙｐｂｉ’ ｏｏｉｎｄｃｔｉｓｃｒｙｎ
磨损可能性，高携岩能力和降低原生泥包发生概率。ＰＣ钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等提Ｄ结构设计和加工制造的难度，能提高水力效率，荐在适用ＰＣ钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。并推Ｄ关键词：ＤＰＣ钻头流场数值模拟数学模型中图分类号：９１１ＴＥ２．文献标识码：Ａ文章编号：０１０９（０１０ — １７０１０— ８０２１）４００－４
ｗｅｅｓｍｕａｅ．ｅｒｓｌｓｓｏｄｔａｈｅｔｒｐｒｉｏ — ｙｅｂｔｆｒｅａｙｒｕｉｏｎｃｅｒｉｌｔｄＴｈｅｕｔｈｗｅｈｔｔｅｃｎｅａｔｉｎｔｐｉｏｍｄａｗｅｋｈｄａｌｃｎｅｔｄｔｃｒｇｏＳｈｔｔｅｆｏｄｓｒｂｔｏｓｍｏｅｒｔｏａｉｈｃｎｅｓｈｒｓｏｆｔｅｂｔｐｏｉ，ｅｐｅｉｎ，Ｏｔａｈｌｗｉｔｉｕｉｎｗａｒａｉｎｌｗｈｃａａｅｔｅｅｏｉｎｏｈｉｒｆｅｈｌｌ

定向喷嘴布置对PDC钻头井底流场影响研究

ＦＬＵＩＭＡＣＨＩＤＮＥＲＹ
Ｖｏ．１４０，．１，０１Ｎｏ２２
文章编号：１００２（０２Ｏ一０６— ４０５— ３９２１）ｌ０４０
定向喷嘴布置对ＰＣ钻头井底流场影响研究Ｄ
黄英勇（南留学生）李根生，越，田守螬，付加胜
ｃｒｅｎｈｓｌｏｅａ：ｅｅｉｐｃａａｏｃｍｌｅｍｔｃｙｕ，ｈｔｌｉｇｆｍｔｅｏｚａｉｏ．Ｔｅｒｕｔｓｗｄｔｔｉｔｔｍａｔｒｆｎｏｐｅｌｓｍｅｉｌｏｔｔｅｅｂｗｎｏｚｅｔｒｄｅｓｈｈｎｈｊｅｉｔｙｙｒａａｌｊｏｒｈｎｌｏｈｂｔｍｈｌａｅｒｃｉｇｔｏｏｏｅｔｅｅｉｌｃｔｔｔｎａｉｏｅｈｓｌｉｏｔａｔｔｏｏｏ，ｄｂ￣ｅｒａｈｎｅｂｔｍｈｌ，ｈｔｓｏａｄｉｅａｅｕｔｎｚｎ．Ｔｉｐａｓａｐｒｔｍｐｃｅｔｅｎｅｈｔｊｅｎｈｔｏｙｎｍａｉｎ
ｉｓａ，ｈｉａｃｏｅｄｌｃｎｅｔｔｅｎｚｌｉｒｌｉｌｃｓ，ｈｔｓｍｒｌｕｅｒｌｎｎｄｃｒｉｇｄｌｓｍｌｔｅｓｎｅｆｍｔｒｌｅｔｒｏｈｏｚａｖｙｌｅｔｅｅｉｅｙｓｄｆｅｉｇａａｙｒｌｌｄｔｒｈｉｅｓｅｔｅｏｊｅｏｃａｎｒｎｉ
以很容易形成回流，必须要避免这种情况发生，所以在钻头上应该有适当的设计。如果喷嘴射流的冲击点落在小半径的话，避免这种情况要

PDC钻头保径块结构参数流场特性模拟研究

基金项目：国家自然科学基金项目（０１０３９６０１）作者简介：继有（９ｌ）男，授，士生导师，究方向为钻井工艺、头水力学、压水射流理论与应用等熊１５一，教博研钻高
・
。
６・４
第ｌ４卷第４期
重庆科技学院学报（自然科学版）
２１０２年８月
ＰＣ钻头保径块结构参数流场特性模拟研究Ｄ
熊继有贺培ｔ梁红军ｚ秦大伟许红林ｔ
（．１西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，都成
手段本文利用ＣＤ技术．Ｆ对不同保径块结构参数
对流场特性的影响进行数值模拟研究
图１ＰＤＣ钻头保径块井底流场三维物理模型图
１物理模型与数学模型的建立
由于ＰＣ头结构复杂多样．Ｄ钻采用实体ＰＣ钻Ｄ头研究保径块结构参数对流场影响效果不明显．所
径块螺旋角度增大．体旋流作用加剧，径块内流速增加明显，Ｏ２ｏ旋角度的保径块最适合ＰＣ钻头。常用流保１Ｏ螺Ｄ在
保径长度范围内．径块长度对ＰＣ钻头流场影响微小。随着保径宽度增加，径块下端涡流区域增大，径宽度保Ｄ保保大于３￣．流区域急速扩张。刀翼ＰＣ钻头保径宽度应小于３ｏ０时涡五Ｄ０。关键词：ＤＰＣ钻头：径块；旋角度；径长度；径宽度；保螺保保流场特性中图号：Ｅ１Ｔ３９文献标识码：Ａ文章编号：６３１８（０２Ｏ — ０４－５１７ — ９０２１）４０６－０

全尺寸ＰＤＣ_钻头旋转冲击破岩过程数值模拟

提高破岩体积的优点ꎮ 邓勇等 [１１] 通过理论分析与
数值模拟的方法ꎬ 考虑钻井液与围压对岩石的作
用ꎬ 探究了动载幅值对岩石裂纹扩展的影响规律ꎮ
祝效华等 [１２－１４] 通过数值模拟ꎬ 引入动静载荷比ꎬ
认为动静组合载荷总值恒定时ꎬ 存在钻齿单位时间
破岩效率最佳的载荷比ꎬ 且最佳载荷比与岩石的抗
(１ＴｕｂｕｌａｒＧｏｏｄｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＮＰＣꎻ ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ
( ＥａｓｔＣｈｉｎａ) )
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａｓｔｈｅｋｅｙｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌａｓｐｅｃｔｏｆｒｏｔａｒｙｉｍｐａｃｔｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｒｏｃｋｂｒｅａｋｉｎｇ
ｐａｃｔｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇ. Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｃｋｄａｍａｇｅｍａｉｎｌｙｏｃｃｕｒｓａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍａｎｄｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｂｉｔｃｕｔｔｅｒ
ｕｎｄｅｒｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｏｃｋ￣ｂｒｅａｋｉｎｇꎬ ａｎｄａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍꎬ ｆｒｏｎｔａｎｄｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅｃｕｔｔｅｒｕｎｄｅｒｒｏｔａｒｙｉｍｐａｃｔ
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＲｏｔａｒｙＩｍｐａｃｔＲｏｃｋ￣Ｂｒｅａｋｉｎｇ
ＰｒｏｃｅｓｓｏｆａＦｕｌｌ￣ＳｉｚｅＤｒｉｌｌＢｉｔ
ＹａｎＹａｎ１ＨａｎＬｉｈｏｎｇ１ＬｉｕＹｏｎｇｈｏｎｇ２ＹａｎｇＳｈａｎｇｙｕ１ＣａｏＪｉｎｇ１ＭｏｕＹｉｓｈｅｎｇ１

PDC钻头及使用

渤海装备中成机械制造公司 1、渤海装备中成机械公司钻头制造厂简介
ISO9001质量体系认证
环境管理体系认证
职业健康安全管理体系认证
中国石油健康环境管理体系认证
API SPEC 7-1
渤海装备中成机械制造公司
1、渤海装备中成机械公司钻头制造厂简介
2010年, 中国上海世界博览会
2009年，中国北京世界石油大会中国油气论坛及钻井
渤海装备中成机械制造公司
2、PDC钻头设计、制造技术
力平衡设计：采用专用软件通过岩性参数输入，模拟工况防真分析、三维矢量计算和修正，将钻头切削岩层的径向力（在理论上）控制在 ×%以内，使钻头在井底的工作更加平稳。
力平衡设计
渤海装备中成机械制造公司
计算机力学分析
抗回旋设计井底模型
常规设计井底模型
装备展览会
渤海装备中成机械制造公司 1、渤海装备中成机械公司钻头制造厂简介
叙利亚Syria
泰国Thailand
阿塞拜疆 Azerbaijan
哈萨克Kazakhstan
阿尔及利亚 Algeria
伊拉克 Iraq
渤海装备中成机械制造公司
2、PDC钻头设计、制造技术
21世纪以来，中成机械公司投入大量资金，不断提升PDC钻头技术，开发了一系列的钻头设计分析及选型、三维建模仿真、计算机辅助加工、全角度动态检测等先进的钻头设计、加工及检测软件。这些专用软件为我们进行个性化设计，开发高性价比产品奠定了基础。
井底流场矢量图
喷嘴速度矢量图分布
渤海装备中成机械制造公司
2、PDC钻头设计、制造技术
DMU五轴联动加工中心
强大的制造能力
德国进口五轴联动加工中心，工作行程直径达 0.8 米，高度0.6米。

PDC钻头流场数值仿真与水力结构优化

００ａ・，钻头表面和井壁按固壁无滑移边界条件．３ＰＳ
‘
控制流体流动的基本定律是质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律，由此可以得到连续方
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
处理，即相对速度为０，忽略钻头旋转。
程、动量方程和能量方程，联立后所得到的 Ⅳ一方｜ｓ
与优化。通过数值模拟，得到了钻头表面速度矢量图、喷嘴中心剖面速度矢量图及刀翼表面速度矢量图，并在此基础上确定了水力结构优化方案。仿真结果表明，改进后涡心与射流区的距离增
加，漩涡边界流体切入到漫流层中并附壁上返，漩涡强度减弱，漫流区厚度与速度增加，携岩能力提高，清洗与冷却能力增强。
ＰＣ钻头的使用寿命。钻井液对ＰＣ钻头体表面ＤＤ
的有效清洗、冷却和润滑是保证钻头正常工作的重要条件，其水力结构（要指中心水眼和冠部水主道的空间安放位置和结构参数）在很大程度上决定了钻头寿命。近年来，随着计算流体动力学（Ｆ）的飞速ＣＤ发展，国外的主要钻头生产厂家逐步开始利用计算流体动力学数值模拟技术对ＰＣ钻头水力结构进Ｄ行分析与优化设计。国内学者也对ＰＣ钻头水力Ｄ学研究进行了探索 ¨ 。笔者在前人研究的基础
上，对某区块常用的３１１ｍ（２英寸）复１．５ｍ１

基于UG_OPEN的PDC钻头切削参数仿真方法_况雨春

１］。在布个性化设计是各钻头生产厂家的关键技术［
；。收稿日期：改回日期：０１０２０１４２７０１４５５２２－－－－，作者简介：男，四川达州人，况雨春（９７１—）９９４年毕业于西１１南石油学院机械工程专业，１９９９年获西南石油学院机械设计及理论／／专业博士学位，教授，主要从事计算机仿真、ＡＤＣＡＥＣＦＤ技术在Ｃ机械及石油工程中的应用等教学及科研工作。联系方式：ｓｗｉｋｃ２６．ｃｏｍ。＠１ｐｙ基金项目：国家自然科学基金项目 “ 单次冲击加卸载后岩石全程（）编号：动态本构特性及应用研究 ” 资助。５１１７４１７３
第４２卷第４期２０１４年７月
石油钻探技术ＰＥＴＲＯＬＥＵＭＤＲＩＬＬＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ
Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．４，Ｊｕｌ．２０１４
钻采机械
：／０．ｉｓｓｎ．１００１ｏｉ１０．３９６９８９０．２０１４．０４．０２１ｄ－ｊ
＋（）中图分类号：．０００ＴＥ９２１１文献标识码：Ａ文章编号：１００１８９０２０１４０４１１１５－－－
／ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｕｔｔｉｎＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＰＤＣＢｉｔＢａｓｅｄｏｎＵＧＯＰＥＮｇ

定向PDC钻头

（４）采用规径抗磨损结构，应用结构设计和超硬材料保障钻头切削和井眼尺寸。２．３布齿设计
（１）定向ＰＤＣ钻头的布齿设计依据矢量平衡理论，将钻头自身的动态矢量平衡系数降为最低。计算钻头受力的三维动态矢量时，平衡系数取值为０．００１～０．００５，以保证钻头钻进的平稳性，满足定向井施工的需要。
摘要：为解决常规ＰＤｃ钻头在定向作业时产生的反扭矩大而造成工具面不稳定、造斜作业时常常停顿的问题，中国石油渤海装备中成机械制造公司研究开发了一种特殊的定向ＰＤＣ钻头。该定向ＰＤＣ钻头采用紧凑型结构设计、应用低扭矩高效破岩理论、预破应力布齿和井底流场仿真计算等技术，减少了切削反扭矩对定向工具面的影响，钻进扭矩变ｑＥ，Ｊ、、５－具面摆放稳定、定向能力强、造斜效果好、机械钻速快、使用寿命长、技术水平先进，定向效果处于国内领先水平。定向ＰＤＣ钻头作为特性钻头的一种，应用前景十分广阔。
定向ＰＤＣ钻头，在定向控制问题上取得了很好的效果。Ｄ技术是集成了ＥＺＳｔｅｅｒ（简单导向）技术和ＬＧＣ技术进行持续定向控制的技术。前者是一种控制切割深度的专利技术，它可以有效控制钻头反扭矩的生成，精准地控制承压面；后者ＬＧＣ技术则是一种优化钻头长度、几何形状、切削齿的技术。应用Ｄ技术制造的定向钻头，可提高定向作业时的机械钻速，优化井眼质量，延长工具寿命。
１定向ＰＤＣ钻头的技术现状

矩形喷嘴对PDC钻头井底流场影响的研究

ｔａｓｅｓｒｂ￣ｎｄｒｎｖｒｅａｅｏｔｅ．ＵｓｎＦｉｇＣＸ，ａｋｎｆＦｓｆａｅｔａｓｏｔａｔｈｅｔｎｕａｏｚｅａｄｒｕｄｎｚｌｙｓｍｕｉｄｏＤｏｔｒ，ｉｌｏｃｎｒｓｓｔｅｒｃａｇｌｒｎｚｌｎｏｚｅｂｉ — Ｃｗｎｏｌｎｅｆｗｆｅｎｂｔｍｏｅｈｅｕｔｈｗａｔｉｅｈｌｆｌｎｃｅｎｎｕｔｇｎｏｌｇｂｔｅｅｔｎｕｍｉｇｔｏｌｄｏｏｔｈｌ．Ｔｅｒｓｌｓｓｏｔｔｉｗｌｂｅｐｕｌａｉｇｃｔｎｓａｄｃｏｉｉｗｈｎｒｃａｇ－ｈｌｉｏｈｌｉｉｎｌｏｚｅｌｏａｅｔｔｅｌｎｔｆｃｒｓｗｉｑａｅｏｉ．ｒａｎｚｓａｅｌｃｔｄａｈｅｇｈｏｏｅｔｅｕｌｌｃｔｌｈｖｙ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＤｕｎｙｒｕｉｔｕｔｒｅｉｎｎｆＰｉｒｇｈｄａｌｃｓｃｕｅｄｓｇｉｇｏＤＣ，ｉｉｖｒｍｐ￣ａｔｏｍａｅｓｒａｙｒｕｉｎｒｙｐａｓｆｌｆｎ－ｒｔｓｅｙｉｏｎｋｕｅｔｔｄａｌｅｅｇｌｙｕｌｕｅｔｈｈｃ
关键词：形喷嘴；Ｄ矩ＰＣ钻头；Ｆ数值模拟ＣＸ；
中图分类号：Ｈ１Ｔ２文献标识码：Ａ文章编号：０７４１（０２０ — ０８０１０ — ４４２１）２０２ — ３

PDC钻头井底流场CFD仿真及二次开发

的建立，用可视化界面编程，采以对话框的形式实现钻头模型数据在Ｐｏｎｃｈｅｉｓ中的读人、整及存储，调用
能量逐渐向小尺寸的涡旋传递。最后由于流体粘性的作用，尺度涡旋不断消失，小机械能就转化为流体
的热能。同时，由于边界的作用及速度梯度的作用，
中圈分类号：Ｔ２．Ｅ８１１文献标识码：Ａ文章编号：１０７８２０）１— ０７— ３０６— ６Ｘ（０７００７０
传统的钻头水力学研究只能通过实验的方法进行，研究周期长、成本高、结构调整不方便，而且传统的试验方法很多数据没法通过测试得到。文章通过计算流体动力学软件ＰｏｎｓＰＣ钻头井底流ｈｅｉ对Ｄｃ场进行数值模拟，根据ＰＣ钻头的井底流场、Ｄ喷嘴射流对携岩效果的影响来确定较为合理的喷嘴布置位置及喷射角度，终目的是以尽量少的成本优化最ＰＣ钻头的水力结构。对钻头井底流场仿真需要Ｄ对Ｐｏｎｃ软件有一定的熟悉程度，ｈｅｉｓ通过专用平台
维普资讯
第３０卷
第１期
钻
采
工
艺
・７７・
Ｖ０．０１３Ｎｏ１．
ＤＲＵ．Ｎ＆ＰＯＤＣＩＥＮＬＹＩｕＧＩＲＵＴＯＮＴＣＨ０ＯＧ
ＰＣ钻头井底流场ＣＤ仿真及二次开发ＤＦ
收稿日期：２００２；修回日期：２００６— ８— １０６—１０２— ７
ｐ＋＝【＋）】＋老（差＋箬警簧ＩＪＪｐ半Ｔ（＋箬考（２）

PDC钻头超高压射流特性与喷嘴设计

１１湍流轴对称方程．（ｕｐ）＋１０（ｐ）＝ｒ
图１轴对称射流网格结构图
１４边界条件．
喷嘴人口为速度边界条件，入口平均速度为
３６ｍｓ４／，换算成动压为６Ｐ。计算域其他边界０Ｍａ均为出口边界条件，其出口流量等于入口处流量。射流喷嘴人口处静压力设置为０，其他位置压力都
基金项目：教育部创新团队研究项目（Ｒ４１。ＩＴ１）
２１００年第３８卷第７期
于洪石等：ＰＣ钻头超高压射流特性与喷嘴设计Ｄ
面约束，只是在自由空间巾的射流特性。２１超高压喷嘴自由淹没射流流场特性．
摘要运用计算流体力学方法，对ＰＣ钻头超高压射流流场进行数值模拟研究，并对喷嘴进Ｄ
行设计。结果表明，超高压喷嘴自由淹没射流符合轴对称射流性质，流场与常规射流流场结构一致，分为初始段、过渡段和基本段；超高压喷嘴自由淹没射流存在等速核，等速核长度为７５倍．喷嘴直径；超高压射流喷距设计为４倍喷嘴直径，有利于提高超高压射流破岩能力。现场试验结果表明，超高压ＰＣ钻头配合井下增压器使用可以大幅提高机械钻速。Ｄ
始段可以观察到等速核的存在。
以缩短喷嘴与岩石井底距离，超高压射流喷距设计
关键词超高压射流等速核

小井眼PDC钻头+螺杆钻具提速技术研究

设备管理与维修2021翼2（上-下）小井眼PDC 钻头+螺杆钻具提速技术研究魏向辉，宋苏涵，张斌，辛常青，吴殿友（中国石油渤海石油装备钻井装备分公司，天津300280）摘要：采取小井眼钻井技术是减少泥浆用量、降低废弃物和减少固井成本的有效途径，但由于小井眼钻井环形空间小、泥浆排量小，导致钻头泥包、小螺杆钻具输出扭矩低等问题，在加上小尺寸PDC 钻头定向工具面不稳、螺杆钻具防托压效果不好，使其机械钻速慢、使用寿命低。

针对小井眼施工及工况特点，以PDC 钻头的防泥包设计、螺杆钻具的防托压设计、小尺寸PDC 钻头和螺杆钻具的高攻击性、高造斜、高抗磨等个性化设计为基础，形成了一套小井眼PDC 钻头+螺杆钻具优化配置提速技术，达到提高机械钻速、减少起下钻次数、缩短钻井周期、降低钻井成本的目的。

关键词：PDC 钻头；小井眼；泥包；进尺；造斜；高抗磨；个性化设计中图分类号：TE246文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2021.02.110引言随着原油价格持续低迷和低品位储量的增加，作为低成本开采技术之一的小井眼钻井技术成了继水平井钻井技术之后的又一研究热点。

首先，我国探明储量中有大量的低渗油田和较小的边际油藏，应用常规钻井开发难于取得预期的经济效益，低成本的小井眼钻井技术，使这些地区进一步的开发成为可能。

再者，钻井占地和环境污染问题日益突出，小井眼钻井会缓解这方面的矛盾，小井眼比常规井眼井径缩小，钻井液用量及岩屑量大幅度减少，可有效减少废弃物和降低固井成本。

长庆苏里格气田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡的西北侧，是目前中国陆上发现的一个特大型气田。

前期生产井段主要采用椎216mm 井眼下椎89mm 油管直接固井，固井井段长、成本高，同时随着新环保法的实施，采取“泥浆不落地”技术替代泥浆池后，也需要进一步减少泥浆使用量，降低泥浆处理成本。

因此在苏里格南区块等多个区块进行了小井眼钻井试验及批量推广，采用618英寸或6英寸小井眼替代常规812英寸井眼，取得了较好的降本效果。

国标-》新型PDC钻头设计及应用

孙明光(|j9剂石油管哩国摘要P OC钻头在钻井破岩中所占的比蝌越来越大，但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想，常常发生先期损坏。

本文针对胜利油田多夹层地层栈点进行了P DC钻头的优化设i十‟根据该设计制造的一种新型复合式P Dc钻头在多彳层挝L层中取得了轼好的应用竞贮果。

与牙轮钻头相比，复合PDC钻头机榭}阽速高，寿命长，进尺多等特点，对船∞由田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义c主黝PDC钻头谢十桃嬲牙}徽谶作者简介孙明光，1965年生。

1994年毕业于石油大学北京研究生院石油工程专业，获硕士鞘立，1999年毕业于西南石浊学院机械谢十及理论专业，获博士前言早4E 80年f{=中期，胜乖蝣由田就开始试用P D C钻头，但只在渤南等少数地层岩|生柜对较为埝质的地因驭}导了鞍好的效果，在H烯0油阳大部分地区鼎卜一直没有好的指标和效益其主要原因在于胜利油田大多数I电l动电J犁i雯=勾复杂，夹层较多且软哽交瞧使常规P D c钻头钻进时，庄隆籍9躺坏而影响其使用寿命。

本文针对胜f蛐罔地层榻髓行了专题研究，设计了一种适合多夹层地层的新型复合PDc钻头，为提高胜利油田的钻井速度、降低钻井成本提供了有效的破岩二[具。

1常规PDc钻头的损坏特征从回收使用过PDC钻头来看，绝大部分I，DC钻头损坏的主要特征为齿柱折断、复合片碎裂、掉片、冲蚀、钻头基体冲蚀等现象，从POC钻头的损坏特征来看，POC 钻头在井下工作时，除了正常的切削地层而受到的反作用力和地层岩石磨损外，还受到了额外作用力的影响，这个额外作用力是造成P DC钻头非正常损坏的主要原因。

在统计和分析P OC钻头的使甩睛况后，结合P E C钻头使用的地区和地层层段，认为P OC钻头的损坏有下面几点原因：1)、地层硬夹层较多。

地层中硬夹层较多是P OC钻头上复合片碎裂、掉片或齿拄式切削齿断裂的主要原因，因为P Dc钻头在钻进过程中，从软地层钻至硬夹层时，由于PDC钻头冠部轮廓胗趺使得钻头表面的切削齿接触地层的硬度不一叶筝，造成切削齿切削地层时受力不均，造成钻头出现蹩钻跳钻现象，作用在钻头上的载荷大部分集中在切削硬夹层的几介切削齿上，蹩钻跳钻产生的瞬时载荷导致这几个切削齿因受力较大而碎裂或折断(特别是在切削硬地层中某些硬质点时，瞬时产生的载荷足队造成了切削齿的碎裂或切削齿折断)。

煤矿井下定向钻进用新型 PDC 钻头

煤矿井下定向钻进用新型 PDC 钻头王传留;居培;高晓亮【摘要】When drilling hard formation or staggered formation normal single layer flat base bit wears heavily Therefore we developed a new kind of directional drilling polycrystalline diamond composite PDC bit and analyzed its rock breaking mechanism and stress property by using numerical simulation method Results show that rock breaking load of the new bit decreases by 36% and breaking efficiency increases by 50% compared with normal bits at the same working condition Field tests were implemented with the new kind of bits It turns out that when drilling hard formation or staggered formation the life of new bits is 3 times as much as that of normal bits and that the drilling efficiency almost doubles New kind of PDC bit could decrease the drilling cost.%在硬地层或软硬交错地层中定向钻进时，常规单齿式平底钻头磨损较为严重。

PDC钻头井底水力参数理论与数值模拟研究

PDC钻头井底水力参数理论与数值模拟研究刘照义;张凌峰;王翠姣【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2017(046)006【摘要】In order to accurately calculate the hydraulic parameters of wellbore, the three-dimensional model was established by using Solidworks software, and the three-dimensional flow field of PDC bit was simulated by fluid model Fluent.The hydraulic parameters of the PDC bit were analyzed by theoretical calculation and numerical simulation. The results show that the numerical simulation can accurately describe the hydraulic parameters of the PDC bit, which can provide an important basis for optimization of the PDC bit hydraulic parameters and research on bottom hole flow field theory.%为了精确计算模拟钻井过程井底水力参数,以Solidworks制图软件建立了三维模型,利用流体力学软件Fluent的kε-模型对井底PDC钻头进行了三维流场数值模拟,从理论计算和数值模拟对喷嘴流量,冲击力和水功率两方面分析了PDC钻头水力参数,分析结果证明数值模拟能够较为精确地描述井底不同方位影响的水力参数,为优化PDC钻头水力参数与井底流场理论研究提供了重要依据,具有良好的参考价值.【总页数】4页(P1152-1155)【作者】刘照义;张凌峰;王翠姣【作者单位】东北石油大学, 黑龙江大庆 163318;燕山大学,河北秦皇岛 066000;燕山大学,河北秦皇岛 066000【正文语种】中文【中图分类】TE242【相关文献】1.PDC钻头钻井水力参数优选设计探讨 [J], 王宁2.PDC取心钻头井底流场的数值模拟研究 [J], 白玉湖;赵艳玲;王瑞和3.基于泥包最小化的 PDC 钻头水力参数优选 [J], 陈修平;邹德永4.各类钻头喷嘴和井底水力参数探讨 [J], 汪金林5.PDC钻头井底流场数值模拟研究 [J], 胡军;杨作峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。