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PDC钻头作为一种高效率钻井工具,现已广泛应用于石油、天然气钻探开发。水力结构对PDC钻头钻进性能有着非常大的影响,研究的主要目的就是要提高井底岩屑的运移效果和钻头切削齿表面的清洗和冷却效果,以保证PDC钻头始终处于最佳钻进性能。在实际钻进作业中,井底流场是由钻井液和岩屑混合形成的多相流流场,为流动特性复杂的三维旋转湍流流动,现有文献中采用单相流流场分析方法来模拟井底流场和对其进行评判是不够准确的。本文在充分理解PDC钻头水力结构和流体流动特性的基础之上,对PDC钻头液固两相流流场进行了数值模拟研究。针对该研究,本文进行了以下几方面工作：(1)以多相流流动基本理论为基础,建立PDC钻头旋转流场液固两相流基本理论和数值模拟数学计算模型。(2)将各刀翼产生的岩屑量和各流道排出的岩屑量进行量化分析并参与PDC钻头井底流场评价,以此完善现有的PDC钻头井底流场优化评价方法,为优化PDC钻头水力结构设计提供理论依据。(3)研究PDC钻头液固两相流模拟的建模理论和方法,即运用CAD软件建立PDC钻头井底流场模型,并仿真计算每颗切削齿产生的岩屑量、岩屑初始运动速度和岩屑初始运动方向；生成非结构四面体网格计算域,并采用CFD软件实现PDC钻头三维旋转流场液固两相流流动的模拟分析；根据模拟结果判断PDC钻头水力结构的不足并进行结构调整。(4)针对具体型号的PDC钻头进行液固两相流流场数值模拟,通过PDC钻头流场的滞留岩屑质量、各流道的排出岩屑量和排出泥浆量、各切削齿表面流速、井底流速分布、钻头表面冲蚀等结果进行评判,分析原始PDC钻头水力结构存在的问题。根据PDC钻头水力结构优化设计方法,优化原始钻头模型的排屑槽轮廓形状、喷嘴布置位置和喷嘴倾斜角度,并对优化前后的井底流场进行比较分析,结果表明优化后的PDC钻头井底流场相比原流场有较为明显的改善。上述研究成果丰富和发展了PDC钻头井底流场模拟研究方法,对进一步指导PDC钻头水力结构优化设计、提高PDC钻头使用性能具有重要的学术价值和工程实际意义。