粒子冲击钻井技术(Particle Impact Drilling,简称PID)是一种新型的钻井技术,该技术能够有效的提高深井硬地层钻速。美国PDTI(Particle Drilling Technology Inc.)公司已经进行了理论研究与现场应用试验,目前技术已经比较成熟,但是PID钻头井底流场的优化设计等问题需要进一步研究。本文采用以数值模拟为主,并通过室内实验验证的方法对粒子冲击钻井的井底流场进行模拟研究。利用Gambit软件建立PID钻头的三维几何模型,并进行了网格划分;在钻头静止的情况下,采用标准k-ε模型和壁面函数法,选择速度入口和自由出流出口,利用Fluent软件对井底流场进行了模拟,并对其速度场、压力场以及粒子轨迹进行了模拟。模拟的内容主要包括:(1)研究钻头静止的情况下井底流场的速度及压力分布规律;(2)研究喷嘴到井底的距离变化、喷嘴的喷射角度变化以及喷嘴入口处的速度变化对井底流场的影响,并分别分析井底流场随上述因素变化的规律及产生变化的原因;(3)利用离散相模型模拟,得到粒子井底的运动轨迹,并分析粒子在速度分布及运动状况;最后通过实验验证,测得喷距、角度、压力对破岩效果的影响规律,所得的规律与数值模拟所得结果相符,由此证明数值模拟的正确性。研究成果对粒子冲击钻井技术的井底流场分析、PID钻头的水利结构优化设计具有重要的实际工程意义。