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非均质地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究 被引量:1
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作者 庞照宇 幸雪松 +2 位作者 武治强 马茂原 毛良杰 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第3期44-51,共8页
随着深层油气资源的勘探开发,多钻遇非均质性强、可钻性差等复杂难钻地层,从而导致钻头适应性差、钻井效率低下,大幅延长钻井周期和钻井成本。因此,针对非均质地层钻头适应性差等问题,该研究利用全尺寸钻头实验架,开展了多类非均质岩心... 随着深层油气资源的勘探开发,多钻遇非均质性强、可钻性差等复杂难钻地层,从而导致钻头适应性差、钻井效率低下,大幅延长钻井周期和钻井成本。因此,针对非均质地层钻头适应性差等问题,该研究利用全尺寸钻头实验架,开展了多类非均质岩心全尺寸钻头破岩实验,对比分析了不同非均质性地层对PDC钻头动力学特性(动态钻压、扭矩、进尺和三向加速度)的影响。研究结果表明:PDC在穿越地层交界处时,会产生剧烈的振动;从软地层穿越到硬地层,PDC钻头的激振要比从硬地层穿越到软地层更强;两种地层性质之间的差距越大,PDC钻头穿越两种地层交界处时振动越强。研究结果可为非均质地层钻进钻头选型提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 非均质地层 尺寸钻头实验 钻头动力学特性
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全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩过程数值模拟 被引量:7
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作者 闫炎 韩礼红 +3 位作者 刘永红 杨尚谕 曹婧 牟易升 《石油机械》 北大核心 2023年第6期36-42,共7页
旋转冲击破岩机理作为旋转冲击钻井技术的关键基础问题,始终未能得到很好的解决,限制了旋转冲击钻井技术的推广与应用。为了揭露旋转冲击破岩过程,基于有限元方法,依据旋转冲击破岩试验数据,建立并验证了全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩数值... 旋转冲击破岩机理作为旋转冲击钻井技术的关键基础问题,始终未能得到很好的解决,限制了旋转冲击钻井技术的推广与应用。为了揭露旋转冲击破岩过程,基于有限元方法,依据旋转冲击破岩试验数据,建立并验证了全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩数值模型及模拟方法,利用该模拟方法分析了全尺寸PDC钻头在常规破岩与旋转冲击破岩方式下岩石应力的变化情况。分析结果表明:常规破岩岩石的损伤主要发生在齿底与齿前,旋转冲击破岩岩石的损伤主要发生在齿底、齿前与齿周;在冲击力增大阶段,齿前岩石主要受拉、剪作用;在冲击力衰减阶段,齿前岩石主要受压、剪作用;且不同岩石类型的冲击载荷与冲击频率的最佳组合并不一致。所得结论可为旋转冲击钻井技术的推广提供一定的理论支撑。 展开更多
关键词 尺寸pdc钻头 旋转冲击 破岩过程 岩石应力 冲击力
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PDC 钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状 被引量:1
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作者 李彦操 《金刚石与磨料磨具工程》 CAS 北大核心 2023年第5期553-567,共15页
聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头,是钻井工程中主要破岩工具之一。PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大,相关研究在国内外备受关注。本文总结了国... 聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头,是钻井工程中主要破岩工具之一。PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大,相关研究在国内外备受关注。本文总结了国内外有关PDC钻头齿破岩机理和性能测试的实验装置、测试方法等代表性成果,按照PDC钻头齿与岩石相互作用的方式,相关实验主要包括5大类:PDC钻头齿直线切削实验、旋转切削实验、落锤冲击实验、PDC钻头单齿静压实验以及全尺寸PDC钻头实验;按照测试目的,又可分为PDC钻头齿的破岩机理和性能测试2大类。通过调研分析这些实验研究的优缺点,以期为PDC钻头齿的研究与优化、PDC钻头的整体个性化设计等提供参考。 展开更多
关键词 pdc钻头齿 直线切削实验 旋转切削实验 落锤冲击实验 pdc单齿静压实验 全尺寸pdc钻头实验
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PDC切削齿直径对切削力的影响规律研究 被引量:4
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作者 未九森 邵方源 +2 位作者 谭紫阳 刘维 高德利 《石油机械》 北大核心 2023年第4期8-15,共8页
针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13... 针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13.44、ø15.88、ø19.05、ø21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示:PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,ø19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,ø19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理论指导。 展开更多
关键词 pdc钻头 破岩效率 切削力 机械比能 单齿破岩 尺寸钻头破岩
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基于仿真的复合冲击破岩流固热耦合场分析 被引量:1
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作者 曹继飞 邹德永 +4 位作者 李成 王旱祥 车家琪 张伟强 黄哲 《石油机械》 北大核心 2024年第8期61-69,共9页
为了揭示复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩机理,以温度为纽带,通过迭代算法建立复合冲击载荷下PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型,同时以PDC钻头切削齿温度为评价指标验证仿真模型;从动态破岩过程、力学变化行为、温度演化规律和流场... 为了揭示复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩机理,以温度为纽带,通过迭代算法建立复合冲击载荷下PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型,同时以PDC钻头切削齿温度为评价指标验证仿真模型;从动态破岩过程、力学变化行为、温度演化规律和流场分布特征等4个方面完成复合冲击载荷下全尺寸PDC钻头破岩工作特性分析。分析结果表明:PDC钻头破岩流固热耦合仿真分析模型误差在10%以内,满足工程分析精度需求;PDC钻头破岩过程分为单齿破岩、平面破岩和深度破岩3个阶段,增加复合冲击载荷后PDC钻头最大扭矩增大66.3%,平均扭矩增大28.0%;PDC钻头的高温区域分布在钻头最底部切削齿表面,最高温度达到166.9℃;钻井液在PDC钻头刀翼外侧切削齿产生高压区域,最大压力达到107.9 kPa;钻井液在喷嘴出口处流速最大,达到6.1 m/s。研究结果可为揭示复合冲击破岩机理、开发高效PDC钻头提供理论指导和技术支持。 展开更多
关键词 pdc钻头 复合冲击 尺寸 破岩 流固热耦合
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