目前,在水平井等非常规勘探区域的机械钻速偏低的问题日益突出,其中原因之一就在于井底压力过大而导致岩屑不能及时循环出井底。井底压力过大会造成井底岩屑的压持效应,同时会引起岩石重复破碎。因此,采取降低井底压力的方法可以有效消除压持效应,提高钻速。反向射流钻头是基于射流泵技术,在内部设计了能够产生高速射流的高速反向射流喷嘴、反向流道,可以在井底形成局部负压区。本文结合射流泵技术的分析方法和CFD数值模拟,通过改变反向射流装置中的外排屑槽尺寸、喉管直径、面积比等水力参数,以及入口速度、转速等外部参数,来分析反向射流钻头降低井底压力的基本特性规律。在切削结构方面主要针对冠部、布齿等进行设计,并对整体设计进行有限元分析,其结果强度满足要求。反向射流钻头外排屑槽设计尺寸非常小,不利于起钻时通过水平井岩屑床。为了消除水平井岩屑床对反向射流钻头的负面影响,设计了能够有效清除岩屑床的清砂钻杆。清砂钻杆是在钻杆上布置四叶片螺旋结构,通过对螺旋结构的抛射角、螺旋角进行理论分析,确定了清砂钻杆设计参数。利用DPM离散相模拟方法监测岩屑颗粒在清砂钻杆作用下的运动速度、湍流强度,主要是通过改变螺旋结构长度、螺旋角、转速、叶片数量来分析清砂钻杆对岩屑床的破坏规律。本文通过设计反向射流钻头、清砂钻杆,利用数值模拟方法对其工作规律进行研究,为设计新型钻头具有实际工程指导意义。