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题名异形PDC齿切削破碎非均质砾岩数值模拟
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作者
石建刚
李根生
刘伟吉
吴德胜
张楠
邓开创
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机构
中国石油大学(北京)石油工程学院
中国石油新疆油田分公司
西南石油大学机电工程学院
石油天然气装备教育部重点实验室
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出处
《石油机械》
北大核心
2025年第6期44-51,共8页
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基金
国家自然科学基金面上项目“流量-转速耦合作用下液力离合导向钻井控制机理研究”(52274017)、“深层干热岩钻进井壁围岩宏细观破裂机理及稳定性”(52274231)。
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文摘
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。
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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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Keywords
heterogeneous conglomerate
specical⁃shaped PDC cutter
rock cutting and breaking simulation
finite element
cutting force
rock⁃breaking specific energy
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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