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摘要
激光机械钻头是一种新型破岩装备，适用于超深层油气资源的开发。在钻进过程中，先利用激光对岩石进行辐射，使得机械钻头能够快速破岩，但同时会产生大量岩屑。若激光机械钻头的排屑性能不佳，则会导致二次钻井以及钻头磨损加剧，而钻头起下钻频繁会严重影响钻井效率。为此，以提高激光机械钻头排屑性能为目标，建立了激光机械钻头三维模型，利用EDEM-Fluent耦合方法对其排屑过程进行了数值模拟；同时，通过对激光机械钻头井底流场的分析，提出了排屑性能指标，并采用正交试验法对其流道倾角、流道直径以及激光通道宽度进行了优化，从而改进了其井底流场和排屑性能。结果表明：优化后激光机械钻头的流道倾角为17°，流道直径为10 mm，激光通道宽度为5 mm；井底低速区面积占比为11.07%，下降了26.19个百分点；井底径向漫流速度为27.93 m/s，提高了61.54%；环空岩屑运移速度为8.97 m/s，提高了46.57%；平均岩屑滞留量减少了46.38%，平均岩屑堆积量减少了59.43%。综上，优化后激光机械钻头的排屑性能得到了有效提升。研究结果可为激光机械钻头水力结构的设计提供数据参考。
- 出版日期2023
- 单位石油大学机电工程学院
