环槽式金刚石钻头破岩机理研究

发布时间：2020-03-23 19:28

【摘要】：本文针对现有金刚石钻头存在的岩屑粒度过小不易判断地层岩性,机械钻速低、寿命短等问题,提出一种新型金刚石钻头——环槽式金刚石钻头。环槽式金刚石钻头通过在切削齿覆盖设计中设置空白环带,从而使井底形成易于脆性、体积性破碎的环形岩脊,从而实现增大造屑粒度、提高破岩效率的目的。针对环槽式钻头的结构特点及基本工作原理,本文开展了不同岩性、不同尺寸岩脊条件下,牙齿的单齿静压和PDC齿刮切实验的单元实验;设计制造了全尺寸的环槽式PDC实验钻头,并进行了环槽式PDC钻头与常规PDC钻头的室内钻岩对比实验;结合有限元仿真分析方法,分析了环槽式金刚石钻头的破岩机理。在钻头结构及工作原理研究中,分别就其结构特点、破岩机理、钻井效率、钻头稳定性几个方面进行分析研究。理论和实验研究结果表明,环槽式PDC钻头在破岩过程中产生的岩屑尺寸明显大于常规PDC钻头,钻头稳定性高,且破岩效率明显高于常规PDC钻头;在单元实验研究中分别就不同岩性、不同尺寸岩脊、PDC齿不同侧倾角几个方面进行分析研究。实验和仿真分析结果表明,岩脊的产生能够极大的提高切削齿的侵入能力和破岩效率,同时有利于提高钻头的稳定性;通过室内实验研究发现,环槽式PDC钻头体积破碎效果明显、钻进效率高。本文基于实验和仿真手段进行环槽式金刚石钻头破岩机理的研究,不仅认识了岩脊条件岩石破碎的内在机理,揭示了岩脊尺寸对岩石破碎的影响规律,也验证了环槽式金刚石钻头的可行性和实用价值,为后续钻头的设计提供了重要的理论基础和实验依据,具有较高的理论价值和较大的工程意义。
【图文】：

图１－２旋转齿ＰＤＣ钻头模型图逡逑２、ＰＤＣ

图１－１邋ＯＮＹＸ－３６０
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P634.41

【参考文献】

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本文编号：2597162