页岩气作为一种新型的清洁能源,近年来受到了广泛的关注。然而,在页岩气的开采过程中会遇到钻头破岩效率低、携岩效果差和泥包现象明显等问题,从而导致钻井周期延长、工程成本增高等问题。旋切式PDC钻头作为一种新型的PDC钻头,为解决页岩气开采过程中遇到的问题供了一种新的解决方法。本文首先调研了常规PDC钻头水力结构的研究方法和研究现状,然后采用标准k-epsilon模型和离散相模型(DPM)对原有旋切式PDC钻头井底流场进行了分析并对钻头的水力结构进行了改进。最后采用数值模拟的方法对改进后钻头的井底流场进行了分析,分析结果表明:刀盘形状的改变有利于工作流体的流动,可以降低刀盘附近的井底岩屑颗粒质量浓度;采用带有曲率的喷嘴可以提高旋切式PDC钻头刀盘区域的井底清洗效果;当采用曲率为1/50的喷嘴时,刀盘区域的井底清洗效果最好;通过中心与边缘喷嘴直径组合对井底流场的影响结果分析,当中心喷嘴的直径为12mm,边缘喷嘴的直径为8.8mm时,对钻头井底区域清洗效果最明显。根据上述分析,本文对旋切式PDC钻头的水力结构优化设计和旋切式PDC钻头在实际工程中的应用具有参考意义。