复合钻井PDC钻头破岩机理研究

发布时间：2017-03-30 09:00

  本文关键词：复合钻井PDC钻头破岩机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：复合钻井技术作为一种有效的钻井提速手段,已经被广泛地应用于实际钻井中,对于其提速机理,目前业界还没有清晰的认识。提高PDC钻头绝对转速可以提高机械钻速,但在相同绝对转速下,复合钻进仍然比单一螺杆或转盘驱动机械钻速更高。本文从PDC钻头与井底岩石的相互作用关系层面出发,对复合钻井模式的提速机理进行了研究。本文主要的工作及成果如下：1、对复合钻井工况下PDC钻头的失效特点进行了分析,着重分析了心部和外肩部切削齿的失效情况。2、研究了复合钻井PDC钻头的运动学规律,包括切削齿的切削轨迹、相关影响参数以及切削齿的径向覆盖问题,并分析了横振和摆振对复合钻井牙齿切削轨迹的影响规律。3、运用纵横弯曲法对复合钻井底部钻具组合的受力与变形进行了分析,为计算PDC钻头在井底的真实倾角和等效弯臂长度提供了理论基础。4、运用MATLAB建立了复合钻井PDC钻头与岩石的数字化互作用模型。5、研究、开发了复合钻井PDC钻头破岩仿真程序,并用该程序分析了切削齿的切削参数,以及PDC钻头与岩石的接触关系,并对复合钻井PDC钻头破岩过程的工作特性及井底岩石特征进行了总结,进行了PDC钻头个性化设计与应用的思路探讨。本文通过对复合钻井PDC钻头的运动学以及PDC钻头与岩石互作用关系的分析,总结了PDC钻头的破岩特征,并进行了PDC钻头的个性设计与应用思路的探讨,为实际复合钻井工况下PDC钻头的设计和应用提供了参考。
【关键词】：复合钻井 PDC钻头 互作用 切削参数 破岩机理
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 研究背景及意义7-8
• 1.2 PDC钻头与螺杆钻具的工作原理8-10
• 1.2.1 PDC钻头及其工作原理8-9
• 1.2.2 螺杆钻具及其工作原理9
• 1.2.3 复合钻井PDC钻头的失效分析9-10
• 1.3 复合钻井技术国内外研究现状10-11
• 1.4 本文主要研究内容11-13
• 第2章 复合钻井PDC钻头运动学13-36
• 2.1 PDC钻头几何学13-18
• 2.1.1 PDC钻头基本几何学参数13-14
• 2.1.2 PDC钻头基本几何学方程14-18
• 2.2 理想复合钻井PDC钻头运动分析18-30
• 2.2.1 复合钻井PDC钻头速度分析18-20
• 2.2.2 PDC切削齿运动轨迹方程20-23
• 2.2.3 PDC切削齿切削轨迹影响参数分析23-30
• 2.3 复合钻井井径扩大问题30-31
• 2.4 横振、摆振条件下的复合钻井31-35
• 2.4.1 横振条件下的复合钻井31-33
• 2.4.2 摆振条件下的复合钻井33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 复合钻井带弯角底部钻具组合受力与变形分析36-45
• 3.1 底部钻具受力与变形分析的基本假设36-39
• 3.1.1 纵横弯曲法简介36
• 3.1.2 动力钻具等效刚度的测定36-38
• 3.1.3 基本假设38-39
• 3.2 单弯双稳螺杆钻具组合受力与变形分析39-44
• 3.2.1 连续条件和边界条件39-42
• 3.2.2 三弯矩方程组42
• 3.2.3 钻头倾角和等效弯臂长度计算42-43
• 3.2.4 算例分析43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 复合钻井PDC钻头数字化破岩方法45-55
• 4.1 PDC钻头数字化45-50
• 4.1.1 主切削齿数字化45-48
• 4.1.2 规径齿数字化48-49
• 4.1.3 保径块数字化49-50
• 4.2 三维岩石数字化50-51
• 4.3 复合钻井条件初始化51-53
• 4.4 PDC钻头与岩石的互作用方法53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 复合钻井PDC钻头切削参数及破岩机理分析55-86
• 5.1 单齿切削参数分析55-74
• 5.1.1 切削量55-66
• 5.1.2 切削齿的工作角度66-72
• 5.1.3 切削齿的工作载荷72-74
• 5.2 PDC全钻头复合钻井分析74-81
• 5.2.1 切削参数分析75-76
• 5.2.2 切削齿与岩石的接触状态分析76-79
• 5.2.3 井底模式分析79-81
• 5.3 复合钻井PDC钻头破岩机理分析81-84
• 5.3.1 切削齿有效吃入深度更大81-82
• 5.3.2 切削齿与岩石不均衡接触82-83
• 5.3.3 交叉刮切破岩方式83-84
• 5.4 复合钻井PDC钻头个性化设计和应用思路探讨84-85
• 5.4.1 复合钻井PDC钻头真实工作状态预测84
• 5.4.2 总体设计和应用思路84-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第6章 总结86-88
• 6.1 主要研究成果86
• 6.2 本文创新点86-87
• 6.3 存在的问题和今后的任务87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果92

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