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钻头的水力结构会影响井底清洁程度和切削齿的冷却效果,进而影响钻头的钻进效率和钻头寿命。通过研究钻头的井底流场,可以优化钻头的水力结构,使钻井液携带岩屑、辅助破岩的作用得到更好的发挥,使钻头获得更好的钻进性能。现今大多学者对PDC钻头、牙轮钻头、混合钻头的非旋转流场进行了研究,但对其旋转流场研究较少。针对以上问题,此次应用Fluent对这三种钻头的井底旋转流场进行了数值模拟仿真。依据仿真结果对钻头的喷嘴位置、喷嘴数量、喷嘴尺寸、喷嘴方向进行了改进。研究结果表明:PDC钻头3中心喷嘴垂直—3外围喷嘴向外井底流场较好;牙轮钻头3喷嘴向外井底流场较好;混合钻头4喷嘴改进井底流场较好。针对改进后的钻头研究了不同入口压力对钻头流场的影响。研究结果表明,随着入口压力的增大,岩屑运移路径上的压力幅值与压力波动变大,压力幅值较大有利于岩屑的运移。最终利用DPM模型研究了岩屑在三种钻头流场内的运移轨迹及分布状况。