PDC钻头水力优化研究与应用--硕士学位论文.doc

北京化工大学

硕士学位论文

PDC钻头水力优化研究与应用

姓名：张利

申请学位级别：硕士

专业：机械工程

指导教师：王奎升;朱明会

20050520

PDC钻头水力优化研究与应用

摘要

为了适应当今迅猛发展的钻井行业需要，国内外PDC钻头设计和

制造技术正向着性能不断完善、综合指标不断提高的方向发展。水力

因素对PDC钻头性能的影响是巨大的，钻井液在石油钻井中起着携带

岩屑、清洗井底、冷却和润滑钻头、辅助破岩等多种关键功能作用。

本文针对公司内PDC钻头产品的水力优化进行分析与研究，主要开展

以下几个方面工作：

(1)通过文献调研，连接国内外有关流场描述方法，确立采用理

论分析与现场实验研究相结合的水力优化方法。

(2)通过分析喷嘴水力特性以及其选用原则，计算PDC钻头压力

降、喷嘴直径、喷嘴位置及其布置方式，即喷嘴内部结构分析。确定

水力结构中喷嘴法向角、喷嘴数量、安放位置、喷嘴角。

(3)本文正确选择水力参数，以减少甚至克服钻头泥包，增强冷

却清洗效果，为如何评价PDC钻头水力清洗效果提出一种定量化标准。

(4)根据经验公式和现场实验数据，利用delphi6．0配合

Excel2000／XP对PDC钻头水力系统进行编程分析，编制一套实用的现

代钻头水眼设计软件。并对这套PDC钻头水眼设计程序做一简要介绍。

总之，针对目前PDC钻头水力研究中存在的问题，本文从水力结

构和水力参数两个方面进行研究。利用水力结构中喷嘴参数设计和喷

嘴流线型设计对PDC钻头进行优化，为全面合理地设计PDC钻头提供

有力保障。

关键词：PDC钻头，水力结构，水力参数，水力优化，流场模拟

THESTUDYANDAPPLICATIoN

oNHYDRODYNAMICoPTIMIZATIoN

oFPDCBIT

ABSTRACT

Today,inordertomeettheneedofrapiddevelopmentofwelldrillingindustry,thedesignandmanufacturingtechniqueofnativeandoverseasPDCbitfactoriesale

continuouslytakingpainstoimprovethemechanicalcapabilityoftheirproducts．TheeffectofhydrodynamicfactortogeneraltechnicaltargetofPDCbitsisenormous；

drillingslurryhasseveralpivotalandmultifunctionalfunctions，suchasschleppingrock

oddment，cleaningwellboRom，coolingorlubricatingbitandauxiliarilyfragmentizingrock,andSOon．DuringthestudycourseinallusiontohydrodynamicoptimizationofPDCbit，asortofpetroleummechanicalproductinOurcompany,thispapermainlydevelopsseveralaspectsofthePDCbitasfollows．

(1)Onthebasisofthecontrastbetweendomesticandforeignstudyonhydrodynamicinvestigativetechniqueandabundantdatacorrelativetothispaper

consultedonnativeandoverseasdatabase，thispaperulteriodyestablishesPDCbithydrodynamicoptimizationtechniqueadoptingthecombinationoftheoreticanalysis
andexperimentationinthedrillingfield．

(2)DuringthecourseofPDCbithydrodynamicoptimizationtechnique．this
paperfiguresouthydrodynamicpressureofbit,thediameterandlocationofnozzleson

bitcrownanditsarrangementmode，namely,studyonn