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Research of PDC Bit Compact Die With FEM and Optimum Method
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作者 ZhouSizhu LiChenggang +1 位作者 CaoJiguang HuaJian 《Petroleum Science》 SCIE CAS CSCD 2004年第1期59-64,82,共7页
In mould design, it is necessary for a designer to ensure that the cylinder has enough intensity in both the prestressed and synthesis states. An individual layer cylindrical mould cannot withstand a very high pressur... In mould design, it is necessary for a designer to ensure that the cylinder has enough intensity in both the prestressed and synthesis states. An individual layer cylindrical mould cannot withstand a very high pressure needed in polycrystalline diamond composite (PDC) production. So, multi-layer prepressure combination assemble moulds are often used. The analysis conducted here is to study the interaction of cylindrical layers and to explain how to obtain enough load capability with the lowest requirement of material performance. The ratio of the pressure cylinder radius of synthetic diamond is 3.27, which is close to the optimal value and can be used as structure size in a design for PDC bit compact die. There is a linear relationship between the internal and external pressures under a special tangent stress on the inner wall of the pressure cylinder. So, when two of the three parameters (the internal pressure, external pressure, and the requirement value of the tangent stress on the inner wall of the pressure cylinder) are given, the third can be obtained. The sleeve acts as a bridge?between the pressure cylinder and the steel belts. The optimum model developed in this paper can be used in PDC bit compact die design and other similar prestressed cold extrusion die design. 展开更多
关键词 pdc bit COMPACT DIE optimum design finite element method
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Jianghan PDC Bits Open Good Market in Singapore
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《China Oil & Gas》 CAS 1995年第2期57-57,共1页
JianghanPDCBitsOpenGoodMarketinSingapore¥//ThePDCbitsproducedbyPDCDivision,JianghanDrillBitPlantwongoodreput... JianghanPDCBitsOpenGoodMarketinSingapore¥//ThePDCbitsproducedbyPDCDivision,JianghanDrillBitPlantwongoodreputation,becauseofit... 展开更多
关键词 pdc OPEN Jianghan pdc bits Open Good Market in Singapore
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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
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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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PDC钻头减振切削破岩载荷特性研究
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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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裸眼冲探PDC钻头设计与钻进仿真研究
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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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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
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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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吉木萨尔页岩地层PDC钻头破岩模拟及优选
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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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基于UG的PDC钻头流场解析与五轴加工工艺研究
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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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新型PDC钻头切削齿破岩仿真实验研究
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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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Automatic detection and classification of drill bit damage using deep learning and computer vision algorithms
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作者 Xiongwen Yang Xiao Feng +5 位作者 Chris Cheng Jiaqing Yu Qing Zhang Zilong Gao Yang Liu Bo Chen 《Natural Gas Industry B》 2025年第2期195-206,共12页
This study aims to eliminate the subjectivity and inconsistency inherent in the traditional International Association of Drilling Contractors(IADC)bit wear rating process,which heavily depends on the experience of dri... This study aims to eliminate the subjectivity and inconsistency inherent in the traditional International Association of Drilling Contractors(IADC)bit wear rating process,which heavily depends on the experience of drilling engineers and often leads to unreliable results.Leveraging advancements in computer vision and deep learning algorithms,this research proposes an automated detection and classification method for polycrystalline diamond compact(PDC)bit damage.YOLOv10 was employed to locate the PDC bit cutters,followed by two SqueezeNet models to perform wear rating and wear type classifications.A comprehensive dataset was created based on the IADC dull bit evaluation standards.Additionally,this study discusses the necessity of data augmentation and finds that certain methods,such as cropping,splicing,and mixing,may reduce the accuracy of cutter detection.The experimental results demonstrate that the proposed method significantly enhances the accuracy of bit damage detection and classification while also providing substantial improvements in processing speed and computational efficiency,offering a valuable tool for optimizing drilling operations and reducing costs. 展开更多
关键词 IADC dull pdc bit Artificial intelligence Deep learning Damage assessment Data augmentation
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基于离散元法的圆台形PDC切削齿磨损特性研究
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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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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
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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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万米特深井Ф812.8 mm PDC钻头研制及现场应用 被引量:1
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作者 宋东东 罗鑫 贺明敏 《石油机械》 北大核心 2025年第2期31-36,共6页
四川盆地超深层油气的开发是钻探领域的重中之重。为满足超深井整个井身结构设计及钻进过程井筒稳定性的需要,针对四川盆地大尺寸井眼,以增强钻头稳定性、提高钻头破岩效率为目的,研制了Ф812.8 mm(32 in)PDC钻头,并在SDCK1井进行了现... 四川盆地超深层油气的开发是钻探领域的重中之重。为满足超深井整个井身结构设计及钻进过程井筒稳定性的需要,针对四川盆地大尺寸井眼,以增强钻头稳定性、提高钻头破岩效率为目的,研制了Ф812.8 mm(32 in)PDC钻头,并在SDCK1井进行了现场应用。该钻头采用10刀翼设计,冠部采用稳定性较好的长锥形轮廓,并采用大小水眼混布方式提高切屑齿的冷却及井筒清洁效果。建立了Ф812.8 mm PDC钻头井底流场仿真模型,通过水力优化进行喷嘴倾角设计。研究及现场应用结果表明:钻井液喷射倾角为16°时在井底所形成的压力梯度和矢量图所表现出的效果较好;与牙轮钻头相比,研制的PDC钻头单趟钻进尺提高150%,单趟纯钻时间延长25.8%,平均机械钻速提高89%,钻头稳定性好,破岩效率高。研究结果可为四川盆地大尺寸井眼钻头设计提供指导。 展开更多
关键词 超深井 大尺寸井眼 pdc钻头 井底流场 井身结构 机械钻速
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PDC钻头单齿复合冲击切削破碎花岗岩机理研究
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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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新型取芯PDC钻头水力结构参数优化研究
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作者 张玉强 刘志和 +3 位作者 陈忠帅 蒋子璇 马梦男 张金亚 《石油机械》 北大核心 2025年第4期32-39,共8页
取芯PDC钻头在钻进页岩地层过程中容易出现吃入地层困难、岩屑清洁效果不佳,导致机械钻速下降、取芯时效性变差。为此,提出一种新型4刀翼取芯PDC钻头,基于有限元方法对其进行了研究。研究结果表明:相较于常规6刀翼钻头,新型4刀翼钻头具... 取芯PDC钻头在钻进页岩地层过程中容易出现吃入地层困难、岩屑清洁效果不佳,导致机械钻速下降、取芯时效性变差。为此,提出一种新型4刀翼取芯PDC钻头,基于有限元方法对其进行了研究。研究结果表明:相较于常规6刀翼钻头,新型4刀翼钻头具有更高的破岩钻进速度,更强的携屑性能;增大喷嘴角度可以有效降低钻头表面岩屑质量浓度,喷嘴角度为9°时携屑效果最佳;随喷嘴直径的增加,钻头表面平均岩屑质量浓度呈先增大后减小趋势,ø12 mm时携屑效果最佳;采用最优水力结构参数的取芯钻头在现场应用效果良好,平均取芯收获率提高了约10%,单井的最大平均机械钻速提高约80%。研究结果可为取芯PDC钻头的结构参数优化及现场应用提供参考。 展开更多
关键词 取芯pdc钻头 水力参数 数值模拟 CFD-DPM 岩屑质量浓度
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潜孔锤钻头PDC球形切削齿失效分析
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作者 赵洪晨 孟德忠 +2 位作者 徐良 叶宏宇 岳文 《钻探工程》 2025年第3期117-125,共9页
空气潜孔锤钻井技术作为地热资源勘探与开发的关键技术之一,其效率和效果在很大程度上取决于潜孔锤钻头的性能,尤其是PDC球形切削齿的质量和寿命。针对目前空气潜孔锤钻头钻进中切削齿出现断裂、脱落以及磨损严重导致的钻进效率低、使... 空气潜孔锤钻井技术作为地热资源勘探与开发的关键技术之一,其效率和效果在很大程度上取决于潜孔锤钻头的性能,尤其是PDC球形切削齿的质量和寿命。针对目前空气潜孔锤钻头钻进中切削齿出现断裂、脱落以及磨损严重导致的钻进效率低、使用寿命短等问题,本文对PDC球形切削齿进行宏观和微观分析,探究其失效原因和失效机理,并针对性地提出相应改善措施。研究结果显示:PDC球形切削齿的主要失效形式为齿的断裂、磨损及脱落。切削齿失效的主要原因是由于冲击破岩过程中切削齿同时受到切向冲击压缩和法向拉伸应力而造成损伤,同时切削齿材料本身的性能较差、金刚石层与硬质合金基体两相结合强度不高也是失效的重要原因。为了提高PDC球形切削齿的性能和使用寿命,可以通过优化钻井参数和调整外部作业条件来减轻切削齿的应力负担。此外,对PDC球形切削齿的材料配方、结构设计和制造工艺进行创新和改进,也是提升其抗冲击能力和耐磨性的有效途径。通过这些综合性能的改进措施,可有效提升PDC球形切削齿的可靠性,进而提高潜孔钻井的作业效率和钻头寿命。 展开更多
关键词 空气潜孔锤钻井 潜孔锤钻头 pdc 球形齿 失效分析
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新型自振动PDC钻头研制与应用
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作者 姚建林 乔豁通 +2 位作者 刘科 黄伟 刘彬 《西南石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期165-176,共12页
造斜段和水平段钻进作业中存在托压严重、摩阻大和扭矩波动大等问题,无法有效施加破岩钻压,导致常规PDC钻头行程机械钻速低。采用水力振荡器、牙轮-PDC复合钻头等工具虽有一定提速效果,但因工具尺寸和安装位置受限、复合钻头井下安全等... 造斜段和水平段钻进作业中存在托压严重、摩阻大和扭矩波动大等问题,无法有效施加破岩钻压,导致常规PDC钻头行程机械钻速低。采用水力振荡器、牙轮-PDC复合钻头等工具虽有一定提速效果,但因工具尺寸和安装位置受限、复合钻头井下安全等原因,仍不能满足现场钻进需求。为此,基于水锤冲击原理,设计了紧凑型结构的自振动单元。优选振动频率、振动力等关键参数,通过理论计算结合CFD数值仿真技术,研制了Φ215.9 mm新型自振动PDC钻头,其可产生直接作用于岩石的低频轴向冲击力,在云安X1井现场应用表明,应用新型自振动PDC钻头后较同井段复合钻头大钩载荷突变频次和变化幅度明显降低,有效降低了钻柱与井壁间的摩阻,进一步缓解了托压问题,平均机械钻速同比同井复合钻头和邻井常规PDC钻头分别提高了32.97%、74.50%,实现了提速降本增效。 展开更多
关键词 pdc钻头 造斜段 水平段 托压 自振动
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