径向水平井自进式旋转射流钻头流场特性分析

简介

为解决径向水平井钻进过程中破岩效率和自进能力的问题，设计了一种自进式旋转射流钻头。运用数值模拟方法，采用RN G k-ε湍流模型对所设计射流钻头的内外流场进行了三维流动特性分析，并分析了射流钻头结构参数对喷嘴流场特性的影响规律，进一步优化了自进式旋转射流钻头。结果表明，自进式旋转射流喷嘴外流场的轴心速度在喷嘴中心线上的速度最大，随着径向半径的增大，轴向速度迅速减小；切向速度沿喷嘴径向呈现出经典的“N”形分布，有利于增大射流破碎岩石的深度和破碎面积；径向速度呈轴对称分布，存在明显的漫流层，有助于岩屑的脱离；自进式旋转射流钻头导向叶轮的螺距和导叶数量，对射流速度有着重要的影响；喷嘴直径对射流流场特性的影响较大。经过优化，得到射流钻头的叶轮螺距16mm，导叶数为2，喷嘴直径为1mm。