PDC钻头在砾岩层中的磨损规律研究

发布时间：2021-06-26 01:23

　　针对PDC钻头在钻进致密砾岩层中磨损严重的问题,建立了双切削齿PDC钻头简化模型,采用Archard磨损模型并通过有限元软件对PDC钻头切削齿的破岩过程进行模拟,研究了PDC钻头切削齿的后倾角、温度、线速度和钻压对切削齿磨损量的影响规律。研究结果表明:切削齿磨损量在后倾角为15°～20°之间时增长速度平缓,在20°时达到最大值;切削齿磨损量在温度达到300℃后增长速度迅速加快;线速度和钻压与钻头切削齿的磨损量成正比关系。最后采用正交试验法进行敏感度分析,发现对钻头磨损量影响程度由大到小依次为线速度、切削齿后倾角、温度和钻压。该研究对PDC钻头在砾岩层中钻进时合理调节钻井参数以及延长钻头使用寿命具有一定的指导意义。 

【文章来源】：石油机械. 2020,48(07)北大核心

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【部分图文】：

图2 双切削齿PDC钻头简化模型

有限元网格模型

PDC钻头的磨损主要是钻头对岩石进行冲击剪切破碎时造成的切削齿复合片的磨损。造成PDC切削齿的磨损主要分为内在因素和外在因素，内在因素包括切削齿自身的材料、结构及加工工艺，外在因素主要是机械载荷和温度。机械载荷导致的磨损，从宏观上看主要是使切削齿内部产生裂纹并扩展，从微观上看主要是滑动摩擦时微小磨粒在摩擦表面造成的微观切削、挤压剥落及疲劳破坏等磨粒磨损，以及切削齿复合片里的聚晶金刚石颗粒脱落。工作时的温度也会造成切削齿的硬度降低及热磨损，从而加速钻头磨损[7]。目前使用广泛并经过试验验证的磨损计算模型主要是以英国J.F.ARCHARD教授为代表的Archard模型[8]。Archard磨粒磨损[9]理论模型如图1所示。假设磨粒为圆锥体，半角为θ，压入深度为h，则压入部分投影面积A为:


本文编号：3250343