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基于岩石塑脆性临界破碎理论的高效破岩PDC钻头研制与应用 被引量：1
1
作者 祝效华 胡海 +4 位作者 刘伟吉 冯少波 何灵 田万顷 梁红军 《天然气工业》 北大核心 2025年第5期102-112,共11页
塔里木盆地作为中国最大的含油气盆地,油气资源丰富,勘探开发潜力巨大。然而,塔里木盆地寒武系发育巨厚白云岩,其岩石强度大、可钻性极差,导致传统PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头在白云岩地层中的机械钻速低、单只钻头进尺... 塔里木盆地作为中国最大的含油气盆地,油气资源丰富,勘探开发潜力巨大。然而,塔里木盆地寒武系发育巨厚白云岩,其岩石强度大、可钻性极差,导致传统PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头在白云岩地层中的机械钻速低、单只钻头进尺少。为此,针对塔里木盆地寒武系白云岩地层进行了包括内部结构、力学特性、研磨性与可钻性的综合研究和分析,然后结合已有的白云岩地层钻头结构,优选了主切削齿类型、冠部曲线及刀翼参数,在岩石塑—脆性临界破碎理论的指导下,优化了布齿参数、水力结构,最终形成了适用于寒武系白云岩地层的新型高效PDC钻头并开展了现场试验。研究结果表明:①白云岩地层非均质性强、结构致密、强度大,单轴压缩强度达221.51 MPa,具有中等研磨性并且在高围压条件下的可钻性极差;②PDC钻头采用“浅锥型冠部+长保径段”结构,能够有效降低扭矩波动,进而提升钻头在白云岩地层中的钻进稳定性;③基于塑—脆性临界破碎理论设计的高效破岩PDC钻头在寒武系白云岩层段的提速效果显著,总进尺为603 m,机械钻速为2.87 m/h。结论认为,设计的DS675H钻头经现场应用打破了目前塔里木盆地白云岩地层单只钻头进尺最长和机械钻速最快纪录,为后续寒武系及其以下地层高效钻井提供了技术储备,为深部难钻地层钻井提速提效提供了技术支撑。 展开更多
关键词 塔里木盆地 寒武系 白云岩 pdc钻头 异形齿 塑—脆性 高效破岩 钻井提速
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沙溪庙组硬质砂岩地层异形PDC齿的设计与研究 被引量：1
2
作者 马亚超 罗逸非 +4 位作者 荣准 陶垒 曾汇川 蒋东 张文远 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期262-271,共10页
为解决川东沙溪庙组硬质砂岩地层PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头机械钻速低、磨损严重及钻井成本高的问题,对异形PDC齿在沙溪庙组硬质砂岩地层的破岩性能进行了综合研究。针对沙溪庙组砂岩地层高研磨性、... 为解决川东沙溪庙组硬质砂岩地层PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头机械钻速低、磨损严重及钻井成本高的问题,对异形PDC齿在沙溪庙组硬质砂岩地层的破岩性能进行了综合研究。针对沙溪庙组砂岩地层高研磨性、硬塑性的特点,设计了斧形齿、圆弧曲面齿、斧形曲面齿和斜斧形齿等4种异形PDC齿,并建立了PDC齿切削与压入破岩结合的综合破岩比功评价方法。随后,利用破岩仿真模型,开展了异形PDC齿结构参数优化设计,并对优化后的异形PDC齿进行了破岩性能仿真分析。结果表明:齿刃角为130°的斧形齿和圆弧半径为25 mm的圆弧曲面齿的综合破岩比功最小。最终确定斧形曲面齿的圆弧半径为25 mm,齿刃角为130°,斜斧形齿的齿刃角为130°,倾斜角度为70°。4种异形PDC齿的综合破岩比功和齿刃温度均低于常规PDC齿,且综合破岩比功与磨损高度呈正相关。室内破岩试验结果表明,斧形齿与斧形曲面齿具有更优异的破岩性能。研究结果为沙溪庙组硬质砂岩地层的个性化PDC钻头设计提供了理论基础。 展开更多
关键词 沙溪庙组硬质砂岩 异形pdc齿 破岩比功 破岩性能
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国际油气井钻头进展概述(四)——PDC钻头发展进程及当今态势(下) 被引量：23
3
作者 左汝强 《探矿工程（岩土钻掘工程）》 2016年第4期40-48,共9页
近年来,非平面PDC切削齿,如浅凹面PDC齿、Stinger毒牙中心锥形齿、Stinger毒牙刀翼锥形齿、Axe Blade斧式脊形PDC齿和Stay Cool保持冷却PDC齿等制造的钻头,逐步在油气钻井中得到有效的应用。这些钻头能够以较高的钻进效率和工作寿命钻... 近年来,非平面PDC切削齿,如浅凹面PDC齿、Stinger毒牙中心锥形齿、Stinger毒牙刀翼锥形齿、Axe Blade斧式脊形PDC齿和Stay Cool保持冷却PDC齿等制造的钻头,逐步在油气钻井中得到有效的应用。这些钻头能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层。为了满足水平钻井,特别在页岩气水平井中能够强力排除岩屑,并具有优良的钻井导向性能,国际著名公司推出了许多新型钻头,如ONXYⅡ矛式PDC钻头、Seeker导向PDC钻头、Counter Force反力PDC钻头、Speed快速PDC钻头等用于当代油气钻井,取得了良好的效果。文章还介绍了Defyer DPA套管钻头与Cutt Pro PDC防剪切保护帽。提出了以下建议:继续深入研究PDC钻头,以提高其性能,更好地满足油气钻井的要求;组合化钻头是油气钻头发展的重要趋势;比金刚石性能更好的钻头切削材料有可能今后发现或合成,可用于制作更佳钻井钻头;我国钻头企业需重组和发展状大;各种钻头技术创新应该加强。 展开更多
关键词 非平面pdc切削齿钻头 斧式脊形pdc齿 防泥包涂层 导向pdc钻头 pdc防剪切保护帽 单钻头钻井
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裸眼冲探PDC钻头设计与钻进仿真研究
4
作者 徐小峰 吴艳 +2 位作者 宋巍 况雨春 廖利梅 《石油机械》 北大核心 2025年第5期56-62,共7页
冲探钻头是老井重入作业中疏通井眼的关键钻具。为解决老井裸眼冲探过程频繁侧钻出新井眼以至井眼丢失等问题,研制了一种裸眼冲探PDC钻头。该钻头采用凸内锥形冠形、四刀翼双排混合布齿与深流道设计,基于PDC钻头布齿结构力平衡优化模型... 冲探钻头是老井重入作业中疏通井眼的关键钻具。为解决老井裸眼冲探过程频繁侧钻出新井眼以至井眼丢失等问题,研制了一种裸眼冲探PDC钻头。该钻头采用凸内锥形冠形、四刀翼双排混合布齿与深流道设计,基于PDC钻头布齿结构力平衡优化模型分析了钻头钻进过程中受到的力和扭矩,并对设计的冲探PDC钻头进行了不平衡力分析,建立了钻柱-钻头-岩石全耦合动力学模型,对冲探钻头与传统钻头的钻进轨迹进行了仿真与对比。研究结果表明:裸眼冲探PDC钻头受到的不平衡力占比在6.29%以内,钻头的稳定性能未因凸内锥冠形而削弱。在有、无弯角螺杆的2种情况下,冲探PDC钻头的导向性能均优于传统钻头,找眼能力强,工作安全可靠,满足老井重入作业需求。研究结果可为储气库老井重入作业提供一种可行的钻头设计思路。 展开更多
关键词 裸眼冲探 pdc钻头 老井重入 导向钻具 钻进轨迹 钻头设计
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PDC钻头减振切削破岩载荷特性研究
5
作者 任海涛 周胜 +2 位作者 周春晓 贾新 杨迎新 《地下空间与工程学报》 北大核心 2025年第4期1269-1277,共9页
PDC钻头钻遇砾石地层、软硬交替地层,以及定向钻井等复杂工况下,常遭遇频繁的冲击载荷,导致切削齿崩齿、脱层、掉齿和断齿等异常疲劳失效事故的发生,大大降低了钻头的使用寿命和钻进效率。柔性切削破岩的技术理念是指通过设置缓冲元件... PDC钻头钻遇砾石地层、软硬交替地层,以及定向钻井等复杂工况下,常遭遇频繁的冲击载荷,导致切削齿崩齿、脱层、掉齿和断齿等异常疲劳失效事故的发生,大大降低了钻头的使用寿命和钻进效率。柔性切削破岩的技术理念是指通过设置缓冲元件来降低切削刚度,将切削过程中遭受的冲击载荷幅值限制在一定范围内,达到减缓切削齿疲劳损伤,延长钻头使用寿命的目的。通过在灰岩上开展柔性切削单元试验,分析了切削深度、前倾角度及缓冲单元组合方式等因素对柔性单元缓冲效果的影响规律。结果表明:柔性切削能将切削载荷峰值降低20%~35%;柔性缓冲效果与缓冲单元组合刚度、前倾角都呈正相关趋势,最佳缓冲元件组合为2片A型碟簧串联和15°前倾角度。 展开更多
关键词 pdc钻头 柔性切削 疲劳损伤 钻井
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深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场特性
6
作者 陈绪跃 金铭 +4 位作者 杨进 高德利 邹蚁麒 杨奇奇 武昌圻 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期2848-2858,共11页
为提高深水浅层二开钻进机械钻速与钻头进尺,提出了一种深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头。基于计算流体力学方法,建立了内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场的数值仿真模型;采用标准k-ε双方程模型分析其流场特性,探究双级射流结... 为提高深水浅层二开钻进机械钻速与钻头进尺,提出了一种深水浅层内外排屑双级喷射PDC钻头。基于计算流体力学方法,建立了内外排屑双级喷射PDC钻头二开钻进井底流场的数值仿真模型;采用标准k-ε双方程模型分析其流场特性,探究双级射流结构对二开井底流场特性的影响规律;分析内外排屑通道分隔壁直径、二级喷嘴位置和分隔壁高度等关键参数对岩屑运移轨迹和水力屏蔽现象的影响机制。研究结果表明:双级射流结构对岩屑的运移影响显著,岩屑颗粒以螺旋运动方式上返;内外分隔壁设计有助于抑制水力屏蔽现象,内外排屑通道内部均有旋流出现;随着分隔壁直径增加,通过内排屑通道的颗粒增多;考虑岩屑运移效果,分隔壁直径越大,越有利于携岩;二级喷嘴位置影响岩屑运动轨迹的螺旋方向,当二级喷射结构位于排屑通道中部时,岩屑运移呈直线运动,但岩屑易在刀翼前后堆积;当分隔壁高度超过顶部一级喷嘴位置时,有利于减小水力能量损失,使更多的岩屑颗粒进入内部排屑通道,便于岩屑上返。 展开更多
关键词 深水浅层 双级喷射钻井 内外排屑双级喷射pdc钻头 井底流场特性
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PDC钻头旋冲钻井技术研究及应用现状
7
作者 菅志军 彭枧明 王智明 《地质装备》 2025年第6期1-9,共9页
在油气钻井领域,硬地层钻进面临钻速低、成本高的难题,PDC钻头旋冲钻井技术通过轴向、扭力或轴扭复合冲击器与PDC钻头结合,显著提升了硬地层的钻进效率。本文系统梳理了近10年该技术的工程应用、冲击器研发、室内试验及破岩机理研究进... 在油气钻井领域,硬地层钻进面临钻速低、成本高的难题,PDC钻头旋冲钻井技术通过轴向、扭力或轴扭复合冲击器与PDC钻头结合,显著提升了硬地层的钻进效率。本文系统梳理了近10年该技术的工程应用、冲击器研发、室内试验及破岩机理研究进展。工程应用表明,18个典型案例平均提速104%,最高达344%,展现出显著的提速效果。在冲击器发展方面,除传统轴向冲击器外,扭力冲击器和轴扭复合冲击器逐步应用,特别是旋导系统配套的超短射流式冲击器,通过结构优化实现了对精密仪器的保护。室内钻进试验揭示了冲击参数(频率、波形、振幅)与机械钻速的关系,证实轴扭复合冲击较单纯轴向冲击可提升钻速183%,降低扭矩82.6%。破岩特性研究表明,PDC齿后倾角40°左右时破岩效果最优,锥形齿等抗冲击齿型在高冲击功下表现更优。未来研究方向将聚焦于抗冲击PDC齿材料与结构优化、冲击疲劳特性试验、高压条件下破岩机理及专用钻头研发,为该技术的广泛应用提供理论与实验支撑。 展开更多
关键词 pdc钻头 旋冲钻井 冲击器 破岩机理 机械钻速
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吉木萨尔页岩地层PDC钻头破岩模拟及优选
8
作者 臧传贞 《石油机械》 北大核心 2025年第9期29-36,共8页
常规平面齿PDC钻头在钻井时问题突出,如磨损严重、崩齿频繁、进尺短,导致钻井效率低、成本高。为了提高吉木萨尔页岩油钻井勘探开发速度,降低成本,开展了新型多棱齿PDC钻头研究。页岩地层层理性特征较为明显,岩性硬度较高。在建模时,不... 常规平面齿PDC钻头在钻井时问题突出,如磨损严重、崩齿频繁、进尺短,导致钻井效率低、成本高。为了提高吉木萨尔页岩油钻井勘探开发速度,降低成本,开展了新型多棱齿PDC钻头研究。页岩地层层理性特征较为明显,岩性硬度较高。在建模时,不考虑岩石孔隙和钻井液所产生的影响,忽略切削过程中温度和磨损情况,以简化计算条件;考虑页岩各向异性,采用Drucker-Prager屈服准则描述页岩力学行为构建有限元模型。切削破岩仿真结果表明,多棱齿相较于平面齿优势明显,其接触应力分布均匀,所受应力更小,载荷波动幅度低,能有效解决岩石“抱团”问题,大幅提升破岩效率。在吉木萨尔页岩地区实钻应用中,新型多棱齿的PDC钻头在单只钻头进尺和平均机械钻速等方面均表现优异。与常规平面齿钻头相比,平均机械钻速提高35%,平均单只钻头进尺提高81%。新型多棱齿PDC钻头的良好破岩效果可为页岩地层钻头优选提供重要参考。 展开更多
关键词 pdc钻头 页岩地层 切削齿 多棱齿 钻井提速 破岩 吉木萨尔
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新型PDC钻头切削齿破岩仿真实验研究
9
作者 罗晨旭 高君毫 +3 位作者 曾嘉玮 王登科 卢多 陈聪 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期218-224,共7页
为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响,基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真,模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程,分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关... 为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响,基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真,模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程,分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关键因素下的破岩状况,通过粘结键的破坏数量得到各因素下的破岩率。结果表明:切削齿自身角度和牵引速度是影响破岩率的主要因素,切入岩壁夹角和钻头转速是影响破岩率的次要因素。当切削齿自身角度为70°、切入岩壁夹角为30°、钻头转速为31.4 rad/s、牵引速度为0.25 m/s时破岩率最高。在相同条件下,圆柱形切削齿破岩率为57.66%,圆台形切削齿破岩率为56.36%,但圆台形切削齿的磨损量比圆柱形切削齿降低29.72%,有效地提高了刀具的使用寿命,具有更好的破岩性能。研究结果可为EDEM模拟切削齿破岩过程中PDC钻头切削齿的设计及施工参数的选择提供参考依据。 展开更多
关键词 pdc钻头 EDEM 单齿切削 破岩过程 破岩率
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基于UG的PDC钻头流场解析与五轴加工工艺研究
10
作者 许志洋 丁昊昊 《机械工程师》 2025年第6期165-168,172,共5页
为了优化PDC钻头的设计和加工工艺,提高钻头的性能和加工效率,基于UG软件对PDC钻头进行了流场解析,并结合五轴加工工艺进行研究。首先通过建立PDC钻头的三维模型,利用UG软件进行流场分析,研究钻头在工作过程中的流动特性和流场分布。然... 为了优化PDC钻头的设计和加工工艺,提高钻头的性能和加工效率,基于UG软件对PDC钻头进行了流场解析,并结合五轴加工工艺进行研究。首先通过建立PDC钻头的三维模型,利用UG软件进行流场分析,研究钻头在工作过程中的流动特性和流场分布。然后结合五轴加工工艺,对PDC钻头进行加工仿真,探究不同加工参数对钻头性能的影响。该研究对于PDC钻头的设计和加工具有重要的理论和实际意义,为相关领域的研究和应用提供了参考和借鉴。 展开更多
关键词 pdc钻头 流场解析 五轴加工 刀轨模拟 UG
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基于离散元法的圆台形PDC切削齿磨损特性研究
11
作者 罗晨旭 高君毫 +5 位作者 王登科 向航宇 卢多 谢刚 刘宗文 薛永 《煤炭技术》 2025年第5期208-211,共4页
PDC(聚晶金刚石复合片)钻头破岩过程中切削齿磨损是影响其使用寿命和破岩能力的关键因素。针对一种新型圆台形切削齿刀具,开展其在破岩过程中磨损特性研究。基于离散元法,结合相对磨损模型和Archard磨损模型,对圆台形切削齿磨损进行数... PDC(聚晶金刚石复合片)钻头破岩过程中切削齿磨损是影响其使用寿命和破岩能力的关键因素。针对一种新型圆台形切削齿刀具,开展其在破岩过程中磨损特性研究。基于离散元法,结合相对磨损模型和Archard磨损模型,对圆台形切削齿磨损进行数值模拟,分析了切削齿钻头转速、牵引速度和切入岩壁夹角等因素对切削齿磨损特性的影响规律。结果表明:切削齿表面磨损是以切向转动摩擦为主,法向切削为辅;切削齿表面磨损主要发生在侧端面,越靠近下侧端面,磨损越明显。随着钻头转速减小和牵引速度的增加,切削齿的磨损程度增大;切入岩壁夹角的变化对切削齿表面磨损影响程度较小。研究结果可对切削齿的优化设计、维护及使用寿命评估提供重要参考。 展开更多
关键词 pdc钻头 单齿切削 EDEM Archard磨损模型 破岩过程
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异形PDC齿切削破碎非均质砾岩数值模拟 被引量：1
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作者 石建刚 李根生 +3 位作者 刘伟吉 吴德胜 张楠 邓开创 《石油机械》 北大核心 2025年第6期44-51,共8页
PDC钻头在钻进砾岩地层时,频繁的冲击载荷会缩短PDC齿预期寿命,导致钻头频繁换钻,进而影响钻井效率。异形齿可以改变齿面受到的冲击情况,选择耐冲击的齿面是应对这类地层的有效方法之一。为了研究不同结构PDC齿在切削砾岩时的表现特性,... PDC钻头在钻进砾岩地层时,频繁的冲击载荷会缩短PDC齿预期寿命,导致钻头频繁换钻,进而影响钻井效率。异形齿可以改变齿面受到的冲击情况,选择耐冲击的齿面是应对这类地层的有效方法之一。为了研究不同结构PDC齿在切削砾岩时的表现特性,选取了准噶尔盆地深部取心砾岩作为研究对象,基于非均质砾岩有限元模型,通过单轴压缩试验进行了砾岩模型参数标定,并开展了异形齿切削破岩仿真,讨论了12种齿形在相同前倾角和切削深度情况下的切削效果。研究结果表明:斧形齿和三平面齿的平均切削力虽然较大,但是整体波动更稳定;平面齿、凹面齿、凸面齿和双曲面齿的切削力波动都较大,齿面会受到较大的冲击;双曲面齿的破岩比功最小,楔形齿的最大;在不考虑PDC齿刚度的情况下,通过切削力波动和破岩比功2个指标,斧形齿、三平面齿是所有齿形中的较优选择。该研究可为钻进砾岩地层时PDC钻头的齿形选择提供一定参考。 展开更多
关键词 非均质砾岩 异形pdc齿 切削破岩仿真 有限元 切削力 破岩比功
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复合冲击载荷抑制PDC钻头破岩粘滑振动的试验研究 被引量：2
13
作者 张恒 袁光杰 +3 位作者 倪红坚 杨恒林 付利 王元 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第2期69-75,共7页
深井超深井钻井过程中,PDC钻头的粘滑振动是导致钻头非正常磨损的主要原因之一。为探索复合冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响机制,利用冲击破岩试验装置研究了PDC钻头破岩过程中粘滑振动的发展规律;在此基础上,通过引入复合冲击载荷,分... 深井超深井钻井过程中,PDC钻头的粘滑振动是导致钻头非正常磨损的主要原因之一。为探索复合冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响机制,利用冲击破岩试验装置研究了PDC钻头破岩过程中粘滑振动的发展规律;在此基础上,通过引入复合冲击载荷,分析了轴扭复合冲击载荷对PDC钻头破岩过程中粘滑振动的影响规律。研究发现:固定驱动转速条件下,随着送钻速度增快,PDC钻头的粘滑振动会明显增强;当平均钻压为20.12 kN时,粘滑比为1.31,钻头出现了间断停滞现象;粘滑振动的主频为冲击破岩试验装置扭转加载模块的一阶固有频率,复合冲击可以明显降低PDC钻头的粘滑现象,表现为主频处对应的转速显著降低;在试验参数范围内,频率50和100 Hz的复合冲击对粘滑振动的抑制效果最为明显。研究结果可为抑制PDC钻头破岩粘滑振动和研制复合冲击破岩工具提供指导。 展开更多
关键词 复合冲击钻井 pdc钻头 粘滑振动 钻井提速 破岩试验
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PDC异形齿破岩研究与应用进展
14
作者 王虎 胡永 赵洪波 《钻探工程》 2025年第5期10-17,共8页
PDC齿作为切削单元,决定了PDC钻头的破岩性能,不同齿形的PDC钻头对钻井提速和使用寿命影响较大。通过优化PDC齿的结构和材料性能,可显著提高钻头的破岩效率和耐用性。近年来,随着材料科学、制造技术和数值模拟的进步,PDC异形齿在钻井提... PDC齿作为切削单元,决定了PDC钻头的破岩性能,不同齿形的PDC钻头对钻井提速和使用寿命影响较大。通过优化PDC齿的结构和材料性能,可显著提高钻头的破岩效率和耐用性。近年来,随着材料科学、制造技术和数值模拟的进步,PDC异形齿在钻井提速方面取得了较好的应用效果。本文总结了异形齿破岩机理、布齿设计以及现场应用等方面研究进展,并给出下一步发展建议,以期为后续PDC异形齿选型和钻头设计提供有益参考。 展开更多
关键词 pdc异形齿 pdc钻头 钻井提速 试验与模拟 进展与建议
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PDC钻头单齿复合冲击切削破碎花岗岩机理研究 被引量：1
15
作者 刘玉明 李志彬 +5 位作者 刘禹铭 韩雪银 宋学锋 丁意达 王燕飞 刘伟吉 《钻采工艺》 北大核心 2025年第4期37-47,共11页
复合冲击破岩技术的研究目前多聚焦于不同钻井参数对破岩效率的影响,而对裂纹扩展及岩屑生成机制的理解仍显不足,限制了该技术的进一步发展。针对深部地层中复合冲击破岩机理尚不完善的现状,文章基于离散元方法建立了PDC钻头的单齿复合... 复合冲击破岩技术的研究目前多聚焦于不同钻井参数对破岩效率的影响,而对裂纹扩展及岩屑生成机制的理解仍显不足,限制了该技术的进一步发展。针对深部地层中复合冲击破岩机理尚不完善的现状,文章基于离散元方法建立了PDC钻头的单齿复合冲击破碎非均质花岗岩模型,分析了在破碎花岗岩过程中切削深度、冲击幅值、围压、冲击频率以及冲击角度对复合冲击破岩的影响。研究表明,在复合破岩过程中,岩石经历拉-剪复合破坏,且适宜在切削深度小于0.8mm时使用;轴向冲击频率、幅值大于扭转冲击时能取得较好的破岩效果。在本研究中,扭转与轴向冲击幅值比为0.1~0.3、扭转与轴向冲击频率比为1∶4时破岩效率最高,若综合破岩效率与钻齿寿命,建议采用2∶1的频率比。研究还发现随着冲击角度的增大,复合冲击钻井的能耗呈上升趋势,且在冲角为30°时,破岩效率最高。文章的研究结果为复合冲击钻具的设计和优化提供了重要的技术参考。 展开更多
关键词 pdc钻头 花岗岩 岩石切削 冲击破岩 离散元 PFC
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基于低通滤波器PDC方法的桥式起重机防摆
16
作者 吴仁杰 张印 +3 位作者 高有山 王爱红 周继红 张培珩 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第26期11268-11275,共8页
桥式起重机是一种工厂、港口和建筑工地的常用起重设备。为了解决桥式起重机在吊装作业时产生的负载摇摆及小车定位的问题,提出了一种基于低通滤波器去噪的PDC控制方法。首先利用拉格朗日方程建立了桥式起重机数学模型,其次引入TS(Takag... 桥式起重机是一种工厂、港口和建筑工地的常用起重设备。为了解决桥式起重机在吊装作业时产生的负载摇摆及小车定位的问题,提出了一种基于低通滤波器去噪的PDC控制方法。首先利用拉格朗日方程建立了桥式起重机数学模型,其次引入TS(Takagi-Sugeno)模糊规则,接着设计了并行分布式补偿(parallel distributed compensation,PDC)控制器并证明其稳定性,最后搭建Simulink平台进行了PDC控制器对比实验和PDC控制器鲁棒性实验。实验结果表明,基于低通滤波器去噪的PDC控制器对比线性二次调节控制器(linear quadratic regulator,LQR)和多滑模控制器(multiple sliding mode control,MSMC),对摆角的抑制能力分别提高了13%和24%,对小车的快速定位能力分别提高了18%和63%,具有优良的鲁棒性,可以更好地满足桥式起重机地防摆控制要求。 展开更多
关键词 桥式起重机 防摇摆控制 低通滤波器 pdc控制 TS模糊控制
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PDC钻头V形齿的磨损对岩石接触面积的影响 被引量：2
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作者 祁任泽 任雷 卜长根 《钻探工程》 2025年第3期103-109,共7页
随着深海深地钻探需求的增加,使用传统PDC钻头井下钻具磨损严重,不能够完全满足深井硬地层的钻进要求,因此异型齿PDC钻头尤其是V形齿PDC钻头成为了研究重点。目前关于V形齿PDC钻头磨损对接触面积的影响研究较少,接触面积大小会影响切削... 随着深海深地钻探需求的增加,使用传统PDC钻头井下钻具磨损严重,不能够完全满足深井硬地层的钻进要求,因此异型齿PDC钻头尤其是V形齿PDC钻头成为了研究重点。目前关于V形齿PDC钻头磨损对接触面积的影响研究较少,接触面积大小会影响切削齿的接触压力,进而影响侵入岩石深度和切削效率,研究V形齿接触面积的变化规律具有重要意义。针对V形齿在磨损阶段与岩石接触面积的计算问题,通过使用平面斜截复合片所在圆柱面的方法,推导了接触面积与磨损高度和V形齿弦长、切角等几何参数的函数表达式,并分析了V形齿几何参数、磨损高度对接触面积和接触压力的影响。结果表明:在磨损初期,圆柱形齿与V形齿接触面积相同,当复合片磨损到一定阶段,V形齿接触面积更小,且弦长、切角越小,接触面积越小;在相同载荷下,相对于圆柱形齿,磨损到一定阶段后V形齿与岩石接触压力更大,具有更深切入岩石的能力。在现场应用时,测量一批同型号钻头提钻后的磨损高度及其提钻前对应的钻速,获得该型号钻头的磨损高度与钻速之间的统计关系,进而通过磨损高度估算接触面积,方便及时调整钻压,以维持较高的钻速,或设计时优化V形齿几何参数,也有利于提高钻进效率。 展开更多
关键词 pdc钻头 V形齿 磨损高度 接触面积 钻压 钻井提速
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围压条件下PDC异形齿切削硅质白云岩研究
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作者 田万顷 刘伟吉 +3 位作者 秦德宏 刘成龙 王海涛 胡海 《石油机械》 北大核心 2025年第6期84-90,共7页
白云岩地层是未来油气勘探的重要领域。然而,由于井下的高围压环境及白云岩的难钻特性,传统的平面齿PDC钻头在钻进白云岩地层时易发生崩齿和掉齿等问题,难以满足高效钻进的需求。为了给在围压条件下能高效钻进白云岩地层的PDC钻头的布... 白云岩地层是未来油气勘探的重要领域。然而,由于井下的高围压环境及白云岩的难钻特性,传统的平面齿PDC钻头在钻进白云岩地层时易发生崩齿和掉齿等问题,难以满足高效钻进的需求。为了给在围压条件下能高效钻进白云岩地层的PDC钻头的布齿设计提供新思路,基于自主研制的真三轴PDC单齿切削破岩装置,以塔里木盆地采集的硅质白云岩为试验对象,选取4种PDC齿开展围压条件下的室内切削试验,研究了单次切削后得到的岩屑的质量分数、表面粗糙度、分形维数和切削力等指标,并比较了不同PDC齿的破岩比功。研究结果表明:斧形齿与多棱齿的切削力曲线较为平稳、波动小,并且切削力的峰值也更小;在切削深度为1.0 mm的情况下,综合岩屑粗糙度指数与岩屑分形维数来看,斧形齿造成大体积破碎的能力最强,且其破岩能力受围压的影响最小,多棱齿的破岩性能次之;锥形齿的破岩能力受围压的影响最大;当围压不小于15 MPa时,按破岩比功从大到小的齿形排序为:锥形齿、平面齿、多棱齿、斧形齿。研究结果能为兼备攻击性、抗冲击、抗研磨的适用于白云岩地层的PDC钻头布齿设计提供理论基础。 展开更多
关键词 pdc钻头 白云岩 异形齿 围压 切削力 破岩比功 分形维数 粗糙度指数
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基于PDC支路参数时变特征的电缆局部老化类型诊断方法
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作者 李康乐 霍文博 +3 位作者 王杰 张元涛 周凯 朱亮 《高电压技术》 北大核心 2025年第11期5549-5557,共9页
为了进一步研究极化去极化电流法(polarization and depolarization current,PDC)对电缆局部老化类型的诊断方法,分析了不同局部老化类型电缆PDC第3支路参数特征及其原因。制备8组电缆样本,对其中4组样本在140℃下分别进行108、216、324... 为了进一步研究极化去极化电流法(polarization and depolarization current,PDC)对电缆局部老化类型的诊断方法,分析了不同局部老化类型电缆PDC第3支路参数特征及其原因。制备8组电缆样本,对其中4组样本在140℃下分别进行108、216、324和432 h的热老化。对另外4组样本在7.5 kV、400 Hz电压下分别进行20、40、60、80 d的加速水树老化。对老化样本进行PDC测试及扫描电镜观测。PDC支路分析结果表明,热老化样本第3支路时间常数随时间增大,而水树样本第3支路时间常数随时间减小。另外,老化样本第3支路时间常数不对称系数τas均高于1且随时间增大。扫描电镜观测结果表明,热老化样本中存在大量孤立微孔,而水树样本微孔之间存在微裂纹。分析认为,热老化主要生成孤立微孔,导致样本局部电容增大而电阻下降较小,因而第3支路时间常数随时间增大。而水树样本将生成水树通道,导致样本局部电阻显著减小,因而第3支路时间常数随时间减小。根据PDC第3支路时间常数时变特征可识别局部老化类型,而结合τas数值可进一步判断局部老化状态。若电缆中仅存在热老化或水树老化单一老化形态,初步认为τas=1.3可作为区分热老化及水树老化的标准。 展开更多
关键词 XLPE电缆 局部老化 pdc支路参数 时变特征 不对称系数 微观结构
原文传递
基于黏聚力单元的PDC钻头冲击破碎硬岩数值模拟
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作者 高峰 史怀忠 +3 位作者 黄中伟 赫文豪 熊超 傅新康 《石油机械》 北大核心 2025年第10期109-114,共6页
地下深部油气储层岩石硬度较大,常规钻井方式下PDC钻头的钻进效率较低。冲击钻井对硬岩的破碎效果表现较好,但冲击作用下PDC钻头破碎硬岩的损伤机理尚不清楚。为此,基于黏聚力单元建立了PDC钻头冲击破岩数值模型,设置了常用的模型参数,... 地下深部油气储层岩石硬度较大,常规钻井方式下PDC钻头的钻进效率较低。冲击钻井对硬岩的破碎效果表现较好,但冲击作用下PDC钻头破碎硬岩的损伤机理尚不清楚。为此,基于黏聚力单元建立了PDC钻头冲击破岩数值模型,设置了常用的模型参数,模拟分析了冲击作用下岩石的裂纹演化及应力分布特征,并定量提取岩石损伤数据进行研究。研究结果发现,PDC钻头轴向冲击破岩表现出明显的阶段性,初期形成多个独立破坏区域,随着冲击能量积累最终融合形成网状损伤区,可进一步提高破岩效率。此过程中应力主要集中于齿下并呈圆弧状向外传播;不同轴向冲击频率对岩石损伤模式产生显著影响,低频冲击(10和20 Hz)导致更高的拉伸损伤占比,并促进裂纹体积增长,最终形成更深远的破坏;高频冲击(30和40 Hz)尽管初期裂纹增长较快,但受应力波衰减影响,裂纹扩展受限,甚至可能出现裂纹闭合现象。最终发现,20 Hz冲击频率下的拉伸损伤占比最高,表明该频率下破岩模式最优。研究成果可为PDC钻头冲击破岩参数优化提供借鉴。 展开更多
关键词 黏聚力单元 冲击钻井 pdc钻头 损伤演化 裂纹扩展 硬岩
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