在钻井作业中抑制泥包的生成和发展是保障作业高效安全的重要因素之一。本文模拟井底条件,对带有定向喷嘴的常规刮刀式PDC钻头进行数值模拟计算,对定向喷嘴影响下的井底流场特性和防泥包的机理进行了深入探讨和研究,论文完成的主要研究工作和结果有:
　　1)定向喷嘴的结构特性分析与双流道的分流情况。在定向喷嘴的结构参数中,双流道的直径组合与侧向流道的倾角是影响分流特征的主要因素,是决定向喷嘴工作性能的关键指标。结果表明:45°为比较合适的倾角,能够很好满足喷嘴加工和流量分配上的要求。
　　2)刮刀式PDC钻头的计算模型建立及网格系统的优化。采用CAD软件建立钻头几何模型及井底流场的物理模型,并利用Gambit软件应用非结构网格对物理模型进行网格划分,对喷嘴出口射流冲击区和刀翼切削面的边界层等区域对网格进行加密,可以做到利用较少的网格达到较好的计算精度。
　　3)利用FLUENT计算软件模拟了定向喷嘴影响下井底流场特性。揭示了在相同条件下与常规喷嘴影响下的井底流场特性的区别。分析结果表明:定向喷嘴的侧向射流井底形成新的射流区,可以对井底清岩能起到积极作用:
　　4)定向喷嘴的侧向射流特性分析。对多个直径组合下定向喷嘴侧向射流特性等研究表明:侧向射流的存在能很好地抑制泥包的成长和冷却刀翼,提高钻头性能。并分析得出了利用侧向射流防泥包的基础理论。