气体钻井牙轮钻头井底流场特性分析

doi:10.11885/j.issn.1674-5086.2013.09.23.01

摘要/Abstract

摘要：

基于CFD 技术，通过建立井底流场计算模型，运用数值模拟的手段，对气体钻井的三牙轮钻头井底流场进行
了数值模拟，并分析了喷嘴侧倾角、前倾角和后倾角对井底流场的影响。结果表明：三喷嘴不同侧倾角设置比相同侧
倾角设置更利于井底清岩；三喷嘴复合前倾角比复合后倾角的井底清岩能力更强，但对牙轮切削结构的清洗效果较
差；在不改变气体排量的情况下，通过三喷嘴混合复合前倾角和后倾角的方式，可以在保证一个相对较好的井底清岩
能力的情况下，提高射流对牙轮切削结构的清洗能力和环空的携岩能力。分析结果为气体钻井系列牙轮钻头的设计、
评价以及现场气体钻井的技术措施提供了理论指导。

关键词: 气体钻井, 牙轮钻头, 井底流场, 数值模拟, 喷嘴倾角

Abstract:

Based on the CFD technique，the bottom hole flow field CFD model is constructed，the bottom hole flow field
of three-cone bit in gas drilling is studied by numerical simulation. We also analyze the impact of nozzle position，side rake
angle，front rake angle and back rack angle on bottom hole flow field. The results show that the setting of three nozzles with
different side rake angles is more conductive to remove rock from bottom of hole than with same side angle，the bottom hole
rock cleaning ability of three nozzles with composite front rake angles is stronger，but cleaning effect on rock cutting structure is
poorer，Under the condition of constant gas displacement，mixing three nozzles with composite front rake angle and back rake
angle enhances cone cutting structure′s cleaning ability and annulus cutting′s carrying capacity，which guarantees a relatively
good bottom hole rock cleaning ability as well. The results of the research provide theoretical guidance for the design and
evaluation of cone bit in gas drilling as well as technical measures for gas drilling.

Key words: gas drilling, cone bit, bottom hole flow field, numerical simulation, nozzle rake angle

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