工作环境和尺寸条件下，结果各不相同。那么，对于理论公式计算的平均各个喷嘴的水力参数精确度就显得略微欠缺，即难以描述各喷嘴流出的钻井液冷却润滑作用[8]的差异性。
3 理论计算与数值模拟对比分析
3.1 理论公式计算
根据已知参数条件，带入常规理论公式进行计算，得到结果如表3。
3.2 射流参数计算研究
将上述数值带入理论公式直接计算和在fluent中建立相应平面，在绘制平面直接求解，得出射流参数如表4。
通过对比分析两种方式，由表4、图5和图6可以看出，數值模拟计算的喷嘴流量略小于理论公式计算结果；数值模拟计算井底壁面所受最大射流冲击力要小于理论值；相应的数值模拟的射流功率[9]与理论值相差很大。
深层次考虑研究理论与数值模拟[11]结果的差异得出以下结论：对于PDC钻头结构[12]不同，主要是喷嘴方位结构以及角度存在差异，加上各种泵排量工况下，各个喷嘴的数值计算所得流量与理论值有差异且不同结构喷嘴结果不同；在钻井液喷出喷嘴后，受井底扰动耗损、流体粘度[13]、以及喷射距离、流速核的尺寸等诸多因素影响，喷嘴作用在井底的冲击力要比理论值减小；相应的喷嘴的水功率也就大大减小，即理论值乘以修正参数 所得结果即为实际值，上述计算的射流水功率 为0.588。另外，数值模拟[14]研究本身也有一定微小误差，这也是产生差异的因素之一。
4 工程问题研究应用
根据类似方法，计算流体力学数值模拟在现场已开始研究应用。
4.1 流场模拟案例
学者李根生、陈修平等人运用计算流体力学，研究了井底流场数值模拟，研究了钻头防泥包等问题；于洪石等人运用计算流体力学方法，研究了PDC钻头超高压射流特性与喷嘴设计；祝效华等人根据井底流场速度矢量，研究了清洗岩屑等问题；况雨春等人根据井底流场数值模拟，研究了喷嘴对切削齿的影响等问题；于小龙等人运用中心分区式流场模拟，研究了各刀翼流量配比[15]等问题。
4.2 常规计算水力参数与数值模拟对比
在实际生产与工程问题中，对于常规试验研究方法，试验条件多为高压、高温、高排量，制造与改进模型难度大、成本高、耗时、操作与试验条件等影响，其结果往往存在一定误差，而计算流体数值模拟[16]正好解决了上述问题，并且模拟起来方便，且结果也具有很高的参考价值，是未来被广泛运用于现场或生产制造[17]的热门手段。
5 结 论
（1）运用计算流体力学对井底射流水力参数进行数值模拟，可实时反应不同结构、方位角度以及排量下井底的流场情况。结果得出喷嘴角度越接近垂直，流体速度方向改变较小，越利于流体流动，则喷嘴流量速度越大。根据模拟结果对理论公式进
行修正，提出该PDC钻头水力射流功率修正参数 为0.588。
（2）利用模拟计算得到的水力参数可以快速、便捷地分析解决工程问题，如防泥包、清洗岩屑、减少冲蚀、冷却钻头、优化排量与优化钻头冠部结构等，是日趋受欢迎的井底流场研究手段之一。
（3）利用计算流体力学方法与软件与后处理功能，建立了一种便捷式研究钻头射流水功率的数值模拟思路，更加快速、经济、省时。但计算流体力学本身具有微小误差，对计算结果也会造成细微影响。
参考文献：
[1]陈庭根，管志川.钻井工程理论及技术[M].北京：石油大学出版社，2000.
[2]陈修平，邹德永，李东杰，娄尔标. PDC钻头防泥包性能数值模拟研究[J]. 石油钻探技术，2015，06：108-113.
[3]史怀忠，李根生，王学杰，等. 水力脉冲空化射流欠平衡钻井提高钻速技术[J]. 石油勘探与开发，2010，01：111-115.
[4]马东军，李根生，牛继磊，等. 多孔射流钻头破岩钻孔规律试验研究[J]. 流体机械，2015，03：1-5+16.
[5] 况雨春，曾恒，周学军，等. PDC钻头水力结构优化设计研究[J]. 天然气工业，2006，04：60-61+67+155.
[6]祝效华，邓福成，贾彦杰，等. PDC钻头流场数值仿真与水力结构优化[J]. 石油机械，2010，08：1-4+104.
[7]李士斌，张立刚，荆玲，等. 钻井参数优选新方法[J]. 石油钻探技术，2007，04：9-11.
[8]李子丰. 钻柱涡动理论研究的必由之路——钻井液动力润滑学与钻柱动力学相结合[J]. 石油学报，2013，03：607-610.
[9]李垒，金俊卿，陈坤，等. 基于FLUENT软件分析旋风分离器的结构优化[J]. 天然气与石油，2014，03：71-75+13.
[10]况雨春，杨云山，杨迎新，等. PDC钻头井底流场CFD仿真及二次开发[J]. 钻采工艺，2007，01：77-79+148.
[11]谢翠丽，杨爱玲，陈康民. 非对称多喷嘴平底钻头井底三维流场数值模拟[J]. 石油学报，2002，06：77-80+1.
[12]邹德永，梁尔国. 硬地层PDC钻头设计的探讨[J]. 石油机械，2004，09：28-31+84-85.
[13]曹献平，旷曦域，刘英波，等. 泡沫欠平衡钻地热井井筒多相流特性研究[J]. 天然气与石油，2013，04：48-50+9.
[14] 任连城，梁政，钟功祥，等. 基于CFD的水力旋流器流场模拟研究[J]. 石油机械，2005，11：22-24+53+5-6.
[15]林铁军，练章华，陈世春，等. 气体钻井中气体携岩对钻杆的冲蚀机理研究[J]. 石油钻采工艺，2010，04：1-4.
[16]付加胜，李根生，史怀忠，等. 水力脉冲空化射流钻井技术适应性分析[J]. 石油钻采工艺，2012，05：10-14.
[17]陈国庆. PDC钻头的发展趋势[J]. 石油机械，2003（S1）：103-106.
相关热词搜索： 井底 钻头 水力 数值 参数