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Research on Lubrication Model of Rock Bit Bearings with Non-Newtonian Medium
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作者 Guorong Wang Wang Juan Lin Zhong 《Modern Mechanical Engineering》 2012年第1期1-5,共5页
Lubrication media of rock bit journal bearing is non-Newtonian fluid, and because of structure limitations, lubricant supply is only from the inside track and its rheological properties are relatively complex. In gene... Lubrication media of rock bit journal bearing is non-Newtonian fluid, and because of structure limitations, lubricant supply is only from the inside track and its rheological properties are relatively complex. In general studies, the non- Newtonianism of lubrication media of rock bit journal bearing is neglected to simplify the research process. Based on the universal Reynolds equation of non-Newton media, the mathematical model of lubrication analysis was suitable for the rock bit bearing working conditions was established. Then according to the experimental results of rheological properties of RB-type lubricating grease, the equivalent viscosity of the model was established and this model can be solved by the method used in solving the Reynolds equation of Newton fluid. 展开更多
关键词 Journal BEARING rock bit LUBRICATION Model RB GREASE
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CFD ANALYSIS OF TURBULENT FLOW FIELD IN ROCK BIT
2
作者 Wang Zhi-ming Guo Guo-zhong(Petroleum Engineering, University of Pertroleum of China, Beijing 100000, P. R. China)Robert A. Wattenbarger(Texas A & M University, U. S. A.) 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 1999年第2期88-96,共9页
This paper reports the numerical simulation of turbulent flow field in rockbits with the k-ε turbulence model and a new twenty-one point scheme for pressure correction equation, which greatly improves the synchronous... This paper reports the numerical simulation of turbulent flow field in rockbits with the k-ε turbulence model and a new twenty-one point scheme for pressure correction equation, which greatly improves the synchronous convergence ane the dependence ofcoupling between velocity and pressure on the pressure relaxation factor. It is numericallyverified that adaptive-manually technique is effective to generate more continuous, smoothand orthogonal Laplace grid system. Numerical results show that there exist vortices andlower pressure domains around the damaged zone, which strengthen the wear by solidparticle in the drilling nuid and induce the cavitation effect, finally causing the erosion anddecrease in the life of rock bit. The damage could be avoided by some modification of theinternal flow structure of rock bit. 展开更多
关键词 rock bit turbulent flow field k-εturbulence model adaptive-manually technique twenty-one point scheme
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A new diamond bit for extra-hard, compact and nonabrasive rock formation 被引量:4
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作者 王佳亮 张绍和 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期1456-1462,共7页
A new impregnated diamond bit was designed to solve the slipping problem when impregnated diamond bit was used for extra-hard, compact, and nonabrasive rock formation. Adding Si C grits into matrix, Si C grits can eas... A new impregnated diamond bit was designed to solve the slipping problem when impregnated diamond bit was used for extra-hard, compact, and nonabrasive rock formation. Adding Si C grits into matrix, Si C grits can easily be exfoliated from the surface of the matrix due to weak holding-force with matrix, which made the surface non-smooth. Three Ф36/24 mm laboratorial bits were manufactured to conduct a laboratory drilling test on zirconiacorundum refractory brick. The laboratory drilling test indicates that the abrasive resistance of the bit work layer is proportional to the Si C concentation. The higher the concentration, the weaker the abrasive resistance of matrix. The new impregnated diamond bit was applied to a mining area drilling construction in Jiangxi province, China. Field drilling application indicates that the ROP(rate of penetration) of the new bit is approximately two to three times that of the common bits. Compared with the common bits, the surface of the new bit has typical abrasive wear characteristics,and the metabolic rate of the diamond can be well matched to the wear rate of the matrix. 展开更多
关键词 SiC grits impregnated diamond bit non-smooth surface diamond rock fragmentation mechanism
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THREE DIMENSIONAL DYNAMIC ELASTICPLASTIC ANALYSIS OF THE INTERACTION OF A SET OF PERCUSSION BITS WITH ROCK MASSES
4
作者 Song, SC Knasmillner, RE 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 1995年第4期364-374,共11页
A three dimensional dynamic elastic-plastic finite element analysis of the interaction of percussion bits with rock masses is presented. The dynamic contact problem was investigated with the numerical method developed... A three dimensional dynamic elastic-plastic finite element analysis of the interaction of percussion bits with rock masses is presented. The dynamic contact problem was investigated with the numerical method developed for high velocity impact calculations[1]. The numerical analysis was carried out for three simultaneously loaded percussion bits arranged on a straight line on the rock surface, the loading time was kept constant throughout this work. The numerical calculation for various strengths of the dynamic load tm the percussion bits shows that a critical minimum dynamic load exists for the generation of plastic deformations in the rock. For this critical value of the load the maximum normal stress of the longitudinal wave in the percussion bit exceeds the yield stress of the rock mass. 展开更多
关键词 rock masses percussion bits numerical analysis
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The Principle of the Drilling by Impregnated Diamond Bits and the Classification of Rocks
5
作者 Tu HouzeChina University of Geosciences , Wuhan 430074 《Journal of Earth Science》 SCIE CAS CSCD 1991年第1期89-93,共5页
Recently impregnated diamond bits have been widely applied in drilling hard and medium - hard formations in the world . It is quite necessary to study the fracturing mecha-nism of the impregnated diamond bit and the c... Recently impregnated diamond bits have been widely applied in drilling hard and medium - hard formations in the world . It is quite necessary to study the fracturing mecha-nism of the impregnated diamond bit and the classification of rocks , which can realize optimum drilling . Using multi - parameter rotary test stand can monitor and print nine parameters . The diamond size and concentration for experiment are various and there are nearly 200 types of samples , numbering over 1000 pieces . The results of laboratory are the same as those in the field . Besides , this paper expresses that the diamond concentration of impregnated diamond bits effect the bonding strength of diamond imbedded in ma-trix . During drilling by impregnated diamond bits three ways are used to cool the bits . The contact area between impregnated diamond layer and flow , and the drilling flow through annulus carrying away heat with conduction form can be shown by equations . It is impossible to classify the rock drillability only by using single factor . The best method is to use main factors to analyse the drillability of rocks. Only in this way , the results can be applied to practice . 展开更多
关键词 impregnated diamond bit classification of rock diamond exposure . waterways of bit hydraulic horsepower .
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超短半径水平井铰接式柔性钻具耦合振动特性研究
6
作者 罗敏 莫亚虎 +2 位作者 李巧珍 徐亭亭 林志强 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第3期298-309,共12页
在超短半径水平井侧钻技术中,柔性钻杆与导向筛管、钻头与岩石之间频繁地摩擦碰撞,可能导致柔性钻具因发生耦合振动而失效破坏,直接影响钻井安全和钻井效率.选取造斜段铰接式柔性钻具为研究对象,考虑柔性钻杆与导向筛管之间的接触非线... 在超短半径水平井侧钻技术中,柔性钻杆与导向筛管、钻头与岩石之间频繁地摩擦碰撞,可能导致柔性钻具因发生耦合振动而失效破坏,直接影响钻井安全和钻井效率.选取造斜段铰接式柔性钻具为研究对象,考虑柔性钻杆与导向筛管之间的接触非线性以及井底岩石对钻头的作用力影响,建立了造斜段铰接式柔性钻具耦合振动力学及有限元模型.通过对铰接式柔性钻具进行耦合振动动力响应分析,得到铰接式柔性钻具各方向的变形图以及不同位置柔性钻杆的横纵扭振动加速度响应曲线,然后讨论了钻压、转速对铰接式柔性钻具耦合振动特性的影响.结果表明:越靠近钻头处,柔性钻杆横向振动越剧烈,而扭转振动随井深呈周期性递减;钻压越大,柔性钻杆横向和扭转振动越大;转速越大,柔性钻杆横向振动越小,而纵向振动和扭转振动的变化受转速影响较小. 展开更多
关键词 柔性钻具 钻头-岩石 耦合振动 动力学 接触非线性
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美国干热岩大斜度定向井关键技术与应用
7
作者 李宽 施山山 +2 位作者 张恒春 吴纪修 王文 《钻采工艺》 北大核心 2025年第2期66-73,共8页
由美国能源部主导的FORGE项目在Milford场地部署的第一口大斜度定向井16A(78)-32井,由于花岗岩地层致密坚硬、井底温度高、井壁稳定性差等问题,定制了硬岩PDC钻头,该钻头从切削齿、切削深度控制组件、喷嘴等方面进行了优化,并结合机械... 由美国能源部主导的FORGE项目在Milford场地部署的第一口大斜度定向井16A(78)-32井,由于花岗岩地层致密坚硬、井底温度高、井壁稳定性差等问题,定制了硬岩PDC钻头,该钻头从切削齿、切削深度控制组件、喷嘴等方面进行了优化,并结合机械比能优化钻井技术,在花岗岩地层中机械钻速达到16 m/h、单只钻头进尺330 m以上,显著提高了钻井机械钻速和钻头寿命;使用蒸发冷却式钻井液冷却装备将井底循环温度控制在135℃以内,改善井下工具工作环境;采用机械式垂直钻井工具、XBOLT双信道随钻测量仪器等测控仪器与工具,控制实钻井眼轨迹严格参照设计轨道执行;并综合采用防堵塞取心、钻柱减阻降扭等技术手段,达到花岗岩地层机械钻速大于8 m/h、单只钻头进尺超过200 m的经济指标,钻井周期缩短近60%。 展开更多
关键词 干热岩 硬岩PDC钻头 钻井液冷却 井眼轨迹测控 机械比能优化钻井 防堵塞取心系统
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高压电脉冲破岩钻进影响因素数值化仿真研究
8
作者 李昌平 段隆臣 +1 位作者 张棣 杨宏俊 《钻探工程》 2025年第S1期70-76,共7页
随着深部资源开发需求增长,高压电脉冲破岩技术因其高效、环保优势成为钻探领域的研究热点。本文首先建立了高压电脉冲破岩钻进多物理场耦合模型,设计了同轴圆柱式、多电极对式及电极交叉式三种钻头结构。然后仿真分析研究了钻头电极结... 随着深部资源开发需求增长,高压电脉冲破岩技术因其高效、环保优势成为钻探领域的研究热点。本文首先建立了高压电脉冲破岩钻进多物理场耦合模型,设计了同轴圆柱式、多电极对式及电极交叉式三种钻头结构。然后仿真分析研究了钻头电极结构对高压电脉冲破岩效果的影响规律,得出同样电参数及岩石特性下最优的钻头电极结构。最后基于最优的同轴圆柱式电极结构钻头,仿真研究了钻头直径、施加电压、钻头高压电极形状及岩石介电常数等分别对岩石内部及表面电场强度的影响规律。研究结果表明,同轴结构明显使电场分布更集中且破碎区域从中心向外部扩展更均匀,同轴结构在破碎岩石方面更有优势。同时得出了钻头直径等分别对岩石表面及内部电场影响规律。本研究为高压电脉冲破岩钻头优化设计提供了设计依据,对推动该技术的工程应用具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 高压电脉冲破岩 电场强度 钻头结构 岩石介电常数
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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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基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制的钻柱振动抑制 被引量:1
10
作者 黄恒宇 吴敏 +1 位作者 陆承达 周洋 《控制与决策》 北大核心 2025年第8期2409-2418,共10页
提出一种基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制(DF-MRAC)的钻柱振动抑制方法,克服地层变化对钻柱振动抑制的影响.首先,设计一种基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制的钻柱振动抑制方案,处理状态相关的钻头-岩石作用扰动对钻柱振... 提出一种基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制(DF-MRAC)的钻柱振动抑制方法,克服地层变化对钻柱振动抑制的影响.首先,设计一种基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制的钻柱振动抑制方案,处理状态相关的钻头-岩石作用扰动对钻柱振动抑制的影响,通过广义扩张状态观测器(GESO)估计包含地层信息的钻头-岩石作用扰动;然后,将没有钻头-岩石作用扰动的钻柱振动模型作为参考模型,进行基于扰动估计和无微分模型参考自适应控制方法的钻柱振动抑制控制器参数设计,克服地层变化对钻柱振动抑制的影响;最后,通过仿真实验验证所提方法在处理地层变化对钻柱振动抑制影响方面的有效性,相比GESO和MRAC方法,所提基于DF-MRAC的钻柱振动抑制方法能够更加快速和稳定地抑制钻柱振动. 展开更多
关键词 钻进过程 钻柱振动 钻头-岩石作用 振动抑制 扰动估计 模型参考自适应控制
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分体式钻头破岩特性与试验
11
作者 田家林 吴雨航 +2 位作者 辛琦 魏秦文 邓喆 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期178-186,共9页
钻头作为钻井工作中直接作用在岩石上的部件,其切削齿的破岩行为直接影响机械钻速。牙轮钻头在钻进时会出现外围齿圈先期失效和破岩效率低的问题,针对这些问题设计一种新型分体式牙轮钻头;建立钻头切削齿的运动学分析模型,对钻头关键参... 钻头作为钻井工作中直接作用在岩石上的部件,其切削齿的破岩行为直接影响机械钻速。牙轮钻头在钻进时会出现外围齿圈先期失效和破岩效率低的问题,针对这些问题设计一种新型分体式牙轮钻头;建立钻头切削齿的运动学分析模型,对钻头关键参数影响进行分析,得到分体式钻头切削齿圈上特定点的位移、速度、加速度和运动轨迹。结果表明:分体式钻头中心小齿圈能提高心部破岩效率,分体式钻头对于井底岩石的切削和冲击作用更大,分体式钻头相对于常规钻头具有更好的中心破岩提速效果和更优的冲击切削性能;试验结果与模拟计算结果吻合,验证了钻头设计的合理性和理论分析的正确性。 展开更多
关键词 分体式钻头 工作机制 运动学 井底模型 试验 破岩性能
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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
12
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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海上深部硬地层裸眼侧钻PDC异形齿冲击破岩机理研究
13
作者 吴怡 幸雪松 +3 位作者 陈杰 杨玉贵 陈立伟 周长所 《石油钻探技术》 北大核心 2025年第3期106-114,共9页
海上深部高围压硬质储层裸眼侧钻时,常规钻进方式和常规齿形PDC钻头吃入岩石困难,破岩效率较低。为解决该问题,建立了裸眼侧钻冲击破岩的真三维动力仿真模型,对比了不同齿形钻齿在相同作用下的破岩效果,分析了平面齿、斧形齿、三棱齿3... 海上深部高围压硬质储层裸眼侧钻时,常规钻进方式和常规齿形PDC钻头吃入岩石困难,破岩效率较低。为解决该问题,建立了裸眼侧钻冲击破岩的真三维动力仿真模型,对比了不同齿形钻齿在相同作用下的破岩效果,分析了平面齿、斧形齿、三棱齿3种齿形PDC齿在冲击载荷作用下的破岩机制、不同时刻切削岩石的剪应力分布规律及各PDC异形齿破岩损伤差异;对比了各PDC异形齿在扭转冲击作用下,周向动载和轴向静载比对切削面以下岩石损伤的影响,以及PDC齿的齿形对切削深度与切向力的影响,揭示了PDC异形齿侧钻冲击破岩机理。研究表明,不同齿形PDC齿在不同破岩模式、不同围压、不同切削倾角下的破岩效果有所差异。研究结果可为硬地层侧钻破岩PDC钻头的个性化一趟式优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 海洋钻井 冲击钻井 海上深层 硬地层 钻头 异形齿 破岩机理
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各向异性岩石钻进用唇面偏心钻头的研发及其在钻孔弯曲控制中的应用
14
作者 汤凤林 赵荣欣 +5 位作者 НескоромныхB.B. 李博 周欣 刘浩 段隆臣 ЧихоткинВ.Ф. 《钻探工程》 2025年第3期110-116,共7页
钻探工程中常常遇到钻孔弯曲问题。钻孔弯曲与许多因素有关,如地层条件、钻头结构、规程参数、操作水平和管理能力等。地层条件中,常常遇到各向异性岩石,钻进时此类岩石对钻头产生翻转力矩,致使钻头唇面偏斜,进而钻孔弯曲。为此,俄罗斯... 钻探工程中常常遇到钻孔弯曲问题。钻孔弯曲与许多因素有关,如地层条件、钻头结构、规程参数、操作水平和管理能力等。地层条件中,常常遇到各向异性岩石,钻进时此类岩石对钻头产生翻转力矩,致使钻头唇面偏斜,进而钻孔弯曲。为此,俄罗斯专家提出了利用钻进时偏心唇面钻头产生的弯曲力矩抵制(平衡)这个翻转力矩来设计钻头,取得了专利,得到了较好的效果,值得引起我们的注意。 展开更多
关键词 钻探工程 各向异性岩石 唇面偏心钻头 翻转力矩 钻孔弯曲强度
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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
15
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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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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基于应力分析的软硬交错地层异形切削齿优选
17
作者 孙松 王清云 +3 位作者 冯磊 柴佳佳 汤明 赵强强 《石油钻采工艺》 北大核心 2025年第2期161-167,共7页
在软硬交错地层钻井容易出现钻头工作状态不稳定、使用寿命短等问题,为此,进行了钻头选型与地层适配性研究。建立了8种异形切削齿模型,以四川盆地沙溪庙组~须家河组~雷口坡组软硬交错地层为研究对象,通过有限元仿真方法分析了切削齿与... 在软硬交错地层钻井容易出现钻头工作状态不稳定、使用寿命短等问题,为此,进行了钻头选型与地层适配性研究。建立了8种异形切削齿模型,以四川盆地沙溪庙组~须家河组~雷口坡组软硬交错地层为研究对象,通过有限元仿真方法分析了切削齿与地层相互作用过程的应力变化。研究表明:吃入应力主要受齿形控制,性能最优的齿形是新凸脊齿,其次是凸脊齿和三棱齿,性能最差的齿形是圆柱齿,钻遇硬-软地层组合的吃入应力高于软-硬地层组合,且均是在硬地层中更高;连续切削阶段的应力波动程度主要受异形齿的平面对称性和立体结构控制,在软-硬地层组合中,对称性差的三棱齿、五边形齿钻遇软地层应力波动更大,在硬-软地层组合中,长的锥形齿钻遇硬地层应力波动更大;综合考虑吃入能力和切削稳定性,新凸脊齿是最优选择,在硬-软地层组合中,凸脊齿和三棱齿也可作为备选。研究结果得到了区块内实钻数据的验证,并将为下一步PDC钻头异形齿优选提供依据。 展开更多
关键词 软硬交错地层 钻井 PDC钻头 破岩 切削齿 应力波动
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基于离散元法的圆台形PDC切削齿磨损特性研究
18
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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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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基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计
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作者 武智 罗逸非 +6 位作者 马亚超 乔东宇 戴勇 赵继斌 尚仓健 周海峰 刘乾彬 《机械强度》 北大核心 2025年第11期68-78,共11页
目前,针对聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻头软件的开发主要集中在领眼钻头上,对领眼-扩眼钻头软件的研究还未见报道,并且PDC钻头破岩性能分析常基于有限元仿真分析方法开展,存在效率较低、时间成本大、灵活... 目前,针对聚晶金刚石复合片(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻头软件的开发主要集中在领眼钻头上,对领眼-扩眼钻头软件的研究还未见报道,并且PDC钻头破岩性能分析常基于有限元仿真分析方法开展,存在效率较低、时间成本大、灵活度不高的局限性,极大地限制了钻头设计研发进度。为此,设计了基于Matlab/图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台,旨在提供一个高效的工具,用于领眼-扩眼钻头破岩性能的评估与优化。该平台利用Matlab软件的数值计算和GUI图像处理功能,采用零点遍历法,结合切削齿的切削受力模型,能够计算切削齿的切削参数和领眼-扩眼钻头的受力情况,根据环境地层参数快速优选出最佳的钻扩组合类型,并且分析出领眼-扩眼钻头水力学特性,实现其破岩性能分析功能。结果表明,该软件适应性强、效率高,能在短时间内进行批量化的不同布齿结构领眼-扩眼钻头破岩性能分析,对提高领眼-扩眼钻头设计研发具有重要指导意义。 展开更多
关键词 Matlab/GUI 领眼-扩眼钻头 破岩性能 布齿参数 零点遍历法 水力学分析
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