圆弧锯形仿生PDC齿的破岩机理及钻头钻进分析 被引量：2

1

作者 吴泽兵 袁若飞 +3 位作者 张文溪 刘家乐 胡诗尧 姜雯 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第24期10280-10286,共7页

为进一步提升聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond composite, PDC)钻头在深部硬地层的钻井性能,抑制黏滞滑动现象的发生,以鼹鼠爪趾为原型,在仿生相似原理和锯形齿结构基础上提出一种圆弧锯形仿生齿。基于弹塑性力学和有限元非... 为进一步提升聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond composite, PDC)钻头在深部硬地层的钻井性能,抑制黏滞滑动现象的发生,以鼹鼠爪趾为原型,在仿生相似原理和锯形齿结构基础上提出一种圆弧锯形仿生齿。基于弹塑性力学和有限元非线性动力学理论建立了切削齿、钻头破岩的仿真模型,对比锯形齿与圆弧锯形齿的破岩过程,并对比了布置两种齿形钻头的整体钻进过程。结果表明:圆弧锯形齿破碎岩石主要以犁削和铲削为主,能够将载荷集中一点,更容易达到岩石的屈服极限,同时使岩石受拉应力更容易破碎,相比锯形齿所受切削力减小15.8%,效率更高。使用圆弧锯形仿生PDC齿的钻头破岩量更大,进尺提升明显,所受扭矩更小,能有效解决钻头的黏滞滑动。研究结果对国内高性能钻头的设计具有重要参考价值。 展开更多

关键词 聚晶金刚石复合片(PDC)钻头 仿生 仿真 有限元 破岩

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仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景 被引量：36

2

作者 高科 孙友宏 +3 位作者 高润峰 徐良 王传留 李玉民 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期519-522,540,共5页

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果。在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头。以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的... 仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果。在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头。以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点。试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%。此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性,解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔。 展开更多

关键词 仿生学 非光滑理论 仿生金刚石钻头 应用前景

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高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头 被引量：12

3

作者 李梦 苏义脑 +1 位作者 孙友宏 高科 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1540-1545,共6页

为提高孕镶金刚石钻头的钻进速度和工作寿命,遵循仿生工程学相似原理,以土壤动物的爪趾为仿生原型,结合普通孕镶金刚石钻头异型唇面结构设计方法,通过无压浸渍烧结法制备了高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头。高胎体仿生异型钻头的单齿单... 为提高孕镶金刚石钻头的钻进速度和工作寿命,遵循仿生工程学相似原理,以土壤动物的爪趾为仿生原型,结合普通孕镶金刚石钻头异型唇面结构设计方法,通过无压浸渍烧结法制备了高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头。高胎体仿生异型钻头的单齿单元由多个柱齿组合并呈阶梯状排布,基于强度理论和孕镶柱齿的受力模型确定柱齿最大高径比。通过有限元数值模拟对钻头与岩石接触面的应力进行分析,检验了仿生异型单齿结构设计的合理性。钻头的野外试验数据表明:相比于普通孕镶金刚石钻头,高胎体仿生异型齿孕镶金刚石钻头的平均钻进速度提高了20%;在不降低钻进速度的情况下,工作寿命提高一倍以上,大幅度减少了提下钻的频率,可缩短钻孔周期、节约钻探成本,具有较好的应用前景和较大的经济效益。 展开更多

关键词 工程仿生学 金刚石钻头 异型结构 动物爪趾 高胎体

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仿生耦合孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析 被引量：22

4

作者 王传留 孙友宏 +1 位作者 刘宝昌 王银霞 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1321-1325,共5页

为了提高孕镶金刚石钻头的时效和寿命,将仿生耦合理论引入钻头设计中,并加工仿生耦合孕镶金刚石钻头。对仿生耦合钻头的碎岩机理进行阐述,并对岩粉进行对比分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,其机械钻速提高42.7%,寿命提高73... 为了提高孕镶金刚石钻头的时效和寿命,将仿生耦合理论引入钻头设计中,并加工仿生耦合孕镶金刚石钻头。对仿生耦合钻头的碎岩机理进行阐述,并对岩粉进行对比分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,其机械钻速提高42.7%,寿命提高73.8%;仿生耦合钻头底唇面上的比压增加有利于钻头的自锐,也有利于岩石表面微裂纹的扩展,增加岩石的润湿层;非光滑表面的存在能产生微型流场,改善金刚石的冷却条件;仿生耦合钻头碎岩产生的岩粉颗粒直径远大于普通孕镶金刚石钻头产生的岩粉颗粒直径。 展开更多

关键词 仿生耦合 孕镶金刚石钻头 耦元 非光滑度 碎岩机理

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仿生耦合聚晶金刚石复合片钻头 被引量：20

5

作者 高科 李梦 +3 位作者 董博 孙友宏 孙阳 刘婧 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期485-489,共5页

基于仿生耦合理论设计了仿生耦合聚晶金刚石复合片(PDC),通过摩擦磨损实验研究其性能,制备出仿生耦合PDC钻头并将其用于现场试验。以自然界生物(竹子、人类牙齿、贝壳、树木年轮、蝼蛄等)为仿生原型,从聚晶金刚石和硬质合金材料、聚晶... 基于仿生耦合理论设计了仿生耦合聚晶金刚石复合片(PDC),通过摩擦磨损实验研究其性能,制备出仿生耦合PDC钻头并将其用于现场试验。以自然界生物(竹子、人类牙齿、贝壳、树木年轮、蝼蛄等)为仿生原型,从聚晶金刚石和硬质合金材料、聚晶金刚石-硬质合金交接面结构及聚晶金刚石表面非光滑形态3方面入手设计仿生耦合PDC,并开展室内摩擦磨损实验。结果表明:与同尺寸的常规PDC相比,仿生耦合PDC磨耗比提高约18.4%,磨损砂轮速度提高约1.67倍,耐磨性和切削效率都显著提高。现场钻井试验中,根据地层情况和井身结构设计制备了仿生耦合PDC钻头,并与邻井同层常规PDC钻头进行了对比。结果表明:仿生耦合PDC钻头的机械钻速约为常规PDC钻头的2.5倍,可大幅缩短钻井周期、节约钻井成本,经济效益显著。 展开更多

关键词 仿生耦合 聚晶金刚石复合片 钻井 钻头

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仿生孕镶金刚石钻头高效碎岩机理 被引量：17

6

作者 徐良 孙友宏 高科 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1015-1019,共5页

将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中，研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头，比普通金刚石钻头钻进时效提高了30％～80％。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大，可节省能量消耗，提高破碎效率；仿生非... 将仿生学的非光滑原理应用到孕镶金刚石钻头的设计中，研制出新型的仿生孕镶金刚石钻头，比普通金刚石钻头钻进时效提高了30％～80％。仿生钻头破碎岩石后岩粉的颗粒比普通钻头破碎的岩粉颗粒大，可节省能量消耗，提高破碎效率；仿生非光滑表面使得钻头唇面的比压增加，有利于钻头的锐化，从而提高了时效；另外非光滑表面改善了钻头和岩石的冷却条件，因此提高了金刚石钻头的钻进效率。 展开更多

关键词 金刚石钻头 仿生 孕镶 碎岩机理 非光滑

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新型耦合仿生孕镶金刚石石油钻头的研制 被引量：5

7

作者 孙友宏 刘大军 +3 位作者 高科 谢晓波 马银龙 高军辉 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1566-1573,共8页

将耦合仿生理论应用到孕镶金刚石石油钻头切削齿的结构设计中,从仿生非光滑结构、材料和钻头整体结构3种主要影响因素入手,采用无压浸渍法、热压法和镶焊法等烧制方法和工艺,研制了新型三元耦合仿生孕镶金刚石石油钻头(简称仿生石油钻... 将耦合仿生理论应用到孕镶金刚石石油钻头切削齿的结构设计中,从仿生非光滑结构、材料和钻头整体结构3种主要影响因素入手,采用无压浸渍法、热压法和镶焊法等烧制方法和工艺,研制了新型三元耦合仿生孕镶金刚石石油钻头(简称仿生石油钻头),并在普光D-103井须家河组层段进行现场钻进试验。试验结果表明:仿生石油钻头与在须家河层段发挥平稳的三牙轮钻头相比,钻进速度更高、使用寿命更长、整体性能更稳定。 展开更多

关键词 仿生石油钻头 耦合仿生 孕镶金刚石 切削齿

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天然气水合物勘探用仿生耦合金刚石钻头的研制与应用 被引量：3

8

作者 孙友宏 马银龙 +5 位作者 黄晟辉 高科 刘宝昌 李小洋 郭威 赵研 《吉林大学学报（地球科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第S3期295-300,共6页

针对漠河冻土区天然气水合物勘探施工周期短、回次进尺低、温度要求严格等难点,为了提高勘探钻进用金刚石钻头的性能,研制了一种高效、减阻、低温仿生耦合金刚石钻头。天然气水合物MK-1井和MK-2井岩性主要为泥岩、硅质胶结的砂岩互层,... 针对漠河冻土区天然气水合物勘探施工周期短、回次进尺低、温度要求严格等难点,为了提高勘探钻进用金刚石钻头的性能,研制了一种高效、减阻、低温仿生耦合金刚石钻头。天然气水合物MK-1井和MK-2井岩性主要为泥岩、硅质胶结的砂岩互层,可钻性为Ⅴ—Ⅶ级,据此设计了仿生耦合孕镶金刚石钻头的基体配方、烧结工艺、耦元参数、金刚石参数及钻头结构。野外试验结果表明:仿生耦合金刚石钻头在钻速提高37.3%的前提下,寿命比常规钻头提高53.7%。 展开更多

关键词 天然气水合物 仿生耦合 金刚石钻头 耐磨

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仿生非光滑理论在钻探(井)工程中的应用与前景分析 被引量：3

9

作者 仲崇梅 孙友宏 +2 位作者 徐良 高科 任露泉 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 2009年第2期22-25,共4页

介绍了仿生工程学研究领域的重大发现,即自然界中,无论是陆地、海洋还是天空中的生物,为适应不同的生活环境需要进化而成的表面,都是非光滑表面,该非光滑表面具有减粘、脱附、减阻的特性。实践证明,有规律的非光滑表面还具有耐磨特性,... 介绍了仿生工程学研究领域的重大发现,即自然界中,无论是陆地、海洋还是天空中的生物,为适应不同的生活环境需要进化而成的表面,都是非光滑表面,该非光滑表面具有减粘、脱附、减阻的特性。实践证明,有规律的非光滑表面还具有耐磨特性,用在发动机活塞表面和轧辊表面均能大幅度提高使用寿命。将仿生非光滑特性应用到金刚石钻头的设计上,研制出了JBD-75S仿生非光滑绳索取心金刚石钻头。现场试验证明,在同样的加工工艺和使用条件下,有规律的仿生非光滑表面金刚石钻头比普通金刚石钻头机械钻速提高47%-83%,钻头寿命提高2.43-2.61倍。 展开更多

关键词 仿生学 非光滑理论 金刚石钻头 机械钻速

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仿生耦合孕镶金刚石钻头底唇面非光滑形态的优化 被引量：3

10

作者 李小洋 孙友宏 +3 位作者 王传留 马银龙 李守圣 曹宇 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2012年第5期75-77,共3页

基于仿生耦合理论研制的仿生耦合孕镶金刚石钻头,在工作过程中,仿生单元的提前磨损,会在其底唇面上形成一定的非光滑表面形态,因此其具有钻进效率高和使用寿命长的优点。探讨了仿生单元的同心圆排列方式,即通过改变仿生单元之间的径向... 基于仿生耦合理论研制的仿生耦合孕镶金刚石钻头,在工作过程中,仿生单元的提前磨损,会在其底唇面上形成一定的非光滑表面形态,因此其具有钻进效率高和使用寿命长的优点。探讨了仿生单元的同心圆排列方式,即通过改变仿生单元之间的径向和周向距离,来形成一系列非光滑表面形态,然后加工相应的仿生耦合钻头,并进行室内钻进实验,结果表明,径向距离为1.5d(d为仿生单元直径)、周向距离为3.0d和径向距离为2.0d、周向距离为3.5d两种排列方式更能体现仿生耦合钻头高效率、长寿命的优点,相对普通钻头,其效率和寿命分别提高16%、100%和15%、125%。为以后仿生钻头的设计提供了重要依据。 展开更多

关键词 仿生耦合孕镶金刚石钻头 非光滑 仿生单元 优化

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仿生孕镶金刚石钻头在山东玲珑金矿的试验 被引量：3

11

作者 徐良 孙友宏 +3 位作者 李治文 王传留 孙丙伦 陈师逊 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期79-82,共4页

文章介绍了仿生孕镶金刚石钻头的设计及加工工艺,并且在山东玲珑金矿对仿生钻头进行了野外试验。试验证明,将仿生学的非光滑原理应用到金刚石钻头的设计中能使钻头的耐磨性增加,有利于提高钻头的寿命。

关键词 金刚石钻头 孕镶 仿生 非光滑 打滑地层

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仿生孕镶金刚石钻头在漠河冻土区天然气水合物勘探钻进中的应用 被引量：2

12

作者 曹宇 刘宝昌 +2 位作者 计胜利 李守圣 李小洋 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2012年第7期77-81,共5页

仿生孕镶金刚石钻头具有高效、耐磨的特点,符合漠河天然气水合物勘探的要求及漠河钻探施工现场的条件。介绍了符合漠河地层特点的仿生孕镶金刚石钻头的设计与制造。同时对效果不理想的钻头的钻进情况进行了分析,提出了评价钻头性能时需... 仿生孕镶金刚石钻头具有高效、耐磨的特点,符合漠河天然气水合物勘探的要求及漠河钻探施工现场的条件。介绍了符合漠河地层特点的仿生孕镶金刚石钻头的设计与制造。同时对效果不理想的钻头的钻进情况进行了分析,提出了评价钻头性能时需要综合分析,从而客观、真实地反映钻头的实际钻进能力。漠河天然气水合物MK-2科学钻探试验井的钻进结果表明,仿生孕镶金刚石钻头的寿命比普通孕镶金刚石钻头长73%,钻速比普通孕镶金刚石钻头高22%。 展开更多

关键词 天然气水合物 仿生孕镶金刚石钻头 高效 耐磨 漠河

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金矿复杂地层金刚石取心钻头选型试验研究 被引量：8

13

作者 孙丙伦 孙友宏 徐良 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2008年第8期70-72,76,共4页

金矿复杂地层金刚石钻进存在岩石坚硬、地层打滑、漏失等问题,影响钻头寿命和钻进效率。在山东招远某金矿勘探中,通过对3个单位制造的金刚石钻头进行现场对比试验研究,证明JBD-75S仿生金刚石钻头在提高钻头寿命方面具有较大的优越性,适... 金矿复杂地层金刚石钻进存在岩石坚硬、地层打滑、漏失等问题,影响钻头寿命和钻进效率。在山东招远某金矿勘探中,通过对3个单位制造的金刚石钻头进行现场对比试验研究,证明JBD-75S仿生金刚石钻头在提高钻头寿命方面具有较大的优越性,适合该复杂地层钻进。 展开更多

关键词 金矿钻探 复杂地层 金刚石钻头 仿生钻头 试验研究

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凸包型仿生耦合金刚石钻头模拟分析 被引量：5

14

作者 王建强 李国民 +1 位作者 汤小仁 简崇林 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2012年第1期77-79,84,共4页

研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石... 研究发现仿生耦合钻头较普通钻头钻进时效提高很多。仿生耦合钻头一方面能使钻头唇面有较高的比压;另一方面能使钻头具有很好的冷却效果,因此在钻探工程中有很好的应用前景。应用数值模拟软件ansys,模拟分析了凸包型非光滑表面对金刚石钻头性能的影响。对比分析了4种不同非光滑度状况下,钻头在一定的钻压作用下在岩石表面产生滑动摩擦的过程。主要分析了该过程中岩层的等效应力、钻头底唇面的接触摩擦应力和接触压力的变化规律。研究发现,凸包型非光滑表面在一定程度上可以提高钻头的使用寿命和钻进效率。 展开更多

关键词 仿生学 非光滑 凸包 金刚石钻头 模拟分析

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基于仿生结构的金刚石钻头高通量设计及实验 被引量：1

15

作者 徐良 刘一波 +2 位作者 阎磊 徐强 孙延龙 《超硬材料工程》 CAS 2022年第1期13-19,共7页

“材料基因组计划”,采用高通量设计、制备和表征技术,将计算数据与实验数据相结合、高通量材料计算与多尺度模拟相结合,促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、高效率、短周期的新模式,从而加快新材料的研发速度,实现研发成本和周... “材料基因组计划”,采用高通量设计、制备和表征技术,将计算数据与实验数据相结合、高通量材料计算与多尺度模拟相结合,促使材料研究从传统的试错模式转向低成本、高效率、短周期的新模式,从而加快新材料的研发速度,实现研发成本和周期降低的目的。文章将仿生学与工业制造相结合,把生物非光滑表面的耐磨、减阻等特性引用到钻头的设计中,使钻头同样具有这样的特性。通过对典型生物表面的耐磨特性进行系统的分析总结,采用ANSYS软件对非光滑表面形态进行计算机模拟,建立仿生表面三维模型,计算钻头底唇面非光滑度的最优值为12.6%;根据模拟分析结果,制备?76.5mm仿生钻头并进行钻进实验,当非光滑度为13%时,仿生钻头平均寿命和钻进速度比普通钻头提高29.8%和21.3%,体现了仿生钻头高效耐磨的特性。 展开更多

关键词 高通量设计 仿生结构 金刚石钻头 非光滑度 耐磨

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仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头研究 被引量：6

16

作者 高科 王金龙 +2 位作者 赵研 张宗正 谢晓波 《钻探工程》 2022年第1期16-24,共9页

针对孕镶金刚石钻头齿间相互独立,在坚硬地层中钻进极易产生打滑和单齿受力太大导致钻头损坏的难题,引入仿生爪趾结构原理和自补偿理念,研制了仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头。钻头的一体式切削齿设计,主要在单齿的齿单元间... 针对孕镶金刚石钻头齿间相互独立,在坚硬地层中钻进极易产生打滑和单齿受力太大导致钻头损坏的难题,引入仿生爪趾结构原理和自补偿理念,研制了仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头。钻头的一体式切削齿设计,主要在单齿的齿单元间采用加强筋方式强化单齿强度,单齿与单齿间设置齿间加强筋加强,使得钻头相邻齿单元、相邻单齿间相互连接形成一个整体,在钻进过程中,钻头齿的工作唇面会产生多个超过岩石极限破坏强度但远低于钻头胎体强度的应力集中区域,不容易出现少数几个接近或超过钻头胎体强度的应力集中区域的情况。如此,钻头的整体性更好,受力均匀,切削岩石的效率更高,寿命更长,尤其对于坚硬地层,防打滑效果更好。经现场试验表明:仿生自补偿一体式高胎体孕镶金刚石取心钻头较常规钻头具有更高的碎岩效率和更长的使用寿命。 展开更多

关键词 仿生 自补偿 一体式 高胎体 环齿钻头 孕镶金刚石取心钻头

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仿生孕镶金刚石钻头非光滑度优化设计及试验 被引量：15

17

作者 高科 孙友宏 +3 位作者 任露泉 王文龙 谢晓波 吕跃滨 《吉林大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期721-725,共5页

将仿生非光滑高效、耐磨理论应用到地质勘探钻头设计上,针对钻遇地层特性,通过试验优化了仿生孕镶金刚石钻头底唇面的宏观非光滑度。在吉林省桦甸市进行的野外生产试验证明,按被钻岩层特性优化了非光滑度的仿生孕镶金刚石钻头有更高的... 将仿生非光滑高效、耐磨理论应用到地质勘探钻头设计上,针对钻遇地层特性,通过试验优化了仿生孕镶金刚石钻头底唇面的宏观非光滑度。在吉林省桦甸市进行的野外生产试验证明,按被钻岩层特性优化了非光滑度的仿生孕镶金刚石钻头有更高的穿透率和使用寿命。 展开更多

关键词 工程仿生学 孕镶金刚石钻头 非光滑度 优化设计 试验

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可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头的破岩仿真 被引量：10

18

作者 吴泽兵 席凯凯 +3 位作者 王杰 李超 程欢 杨晨娟 《石油钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第4期474-482,共9页

针对钻井过程中岩性识别困难、PDC钻头磨损严重、孕镶金刚石钻头破岩效率低和钻头泥包等问题,采用BP神经网络学习算法建立了岩性识别模型,并设计了一种新型可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头,分别在软件Matlab和ABAQUS上进行了岩... 针对钻井过程中岩性识别困难、PDC钻头磨损严重、孕镶金刚石钻头破岩效率低和钻头泥包等问题,采用BP神经网络学习算法建立了岩性识别模型,并设计了一种新型可伸缩式PDC-孕镶金刚石耦合仿生智能钻头,分别在软件Matlab和ABAQUS上进行了岩性识别仿真和破岩仿真。仿真结果表明:BP神经网络模型对岩性的识别精度非常高,有利于合理选择钻头类型、及时调整钻井参数和提高钻井效率;仿生智能钻头作用于岩石表面的应力远大于常规钻头,使岩石更易达到破碎极限,从而提高钻头钻速。本设计集智能岩性识别、高破岩效率、自再生功能、防泥包功能于一体,为我国石油钻头的设计提供了一种新思路,具有重要意义。 展开更多

关键词 BP神经网络 岩性识别 PDC 孕镶金刚石 耦合仿生 智能钻头 钻头泥包 破岩效率

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智能仿生PDC钻头的破岩数值模拟 被引量：4

19

作者 吴泽兵 袁若飞 +1 位作者 张文溪 黄俊杰 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第16期6870-6880,共11页

为解决普通孕镶金刚石钻头(普通钻头)破岩效率低、钻进不稳定、不耐磨以及不能根据地层选择合适形态破岩等问题,结合仿生原理和非平面结构设计了新型聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿和钻头底唇面,提出一种在... 为解决普通孕镶金刚石钻头(普通钻头)破岩效率低、钻进不稳定、不耐磨以及不能根据地层选择合适形态破岩等问题,结合仿生原理和非平面结构设计了新型聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿和钻头底唇面,提出一种在钻头底唇面安装传感器进行岩性识别,可选择合适形态破岩的智能仿生PDC钻头(智能钻头)。利用机器学习,基于现场钻井数据对岩石性质进行分类。分析了智能钻头切削结构针对软中硬地层和硬地层具有两种工作形态,基于建立的切削模型和岩石失效准则,对智能钻头和普通钻头的破岩过程进行数值模拟对比,结果表明:机器学习的加权KNN(K-nearest neighbor)算法可很好避免样本重叠问题,可精确对岩石性质分类,其训练模型可提供给传感器进行岩性识别。破碎砂岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面和仿生底唇面保持同一高度破岩,对比普通钻头,其破岩比能和切削力明显更小,表明其效率更高、切削更稳定;破碎花岗岩时,智能钻头经传感器调节将具有PDC齿的底唇面下放破岩,其破岩效率明显高于普通钻头,也更稳定。研究成果对石油钻井设备智能化发展有重要意义。 展开更多

关键词 仿生 非平面结构 机器学习 智能 聚晶金刚石复合片(PDC)钻头

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