钻头切削齿破碎岩石的温度变化试验及机理分析

发布时间：2021-07-03 16:08

　　钻头切削齿是破碎岩石的核心部分,在破岩过程中做的绝大部分功会转换成切削热,导致切削齿温度升高,目前对切削齿温度的影响研究成果主要集中在切削深度、切削速度及切削齿结构方面,但对于岩石特性对切削温度影响程度和机理的认识尚不明晰。为此,在自制的MDES 2000微钻平台上,开展了砂岩、大理岩、花岗岩以及玄武岩等4种典型岩石的钻进试验,基于岩石破碎力学模型和数值分析结果,探讨了岩石特性对切削温度的影响程度并进行机理分析。研究结果表明:①在相同的钻进参数下,岩石强度直接影响不同岩石钻进深度,导致岩石破碎模式（塑性、脆性）的转变,从而造成不同岩石切削温度的波动差异,砂岩、大理岩发生塑性破碎,温度波动范围约为±0.5℃,而花岗岩、玄武岩则发生脆性破碎,切削齿温度波动范围约为±1.5℃;②岩石强度是影响切削温度温升速率变化的重要因素,强度越大所需切削力越大,产生切削热增加,导致4种不同岩石钻进时温升速率随岩石强度的增加而逐次递增;③岩石破碎力学模型和前、后刀面温度分析结果表明,切削齿前刀面起主要的切削作用,是造成不同岩石的切削温度波动程度的主要因素。结论认为,钻进试验与数值模拟所得到的温度变化趋势基本... 

【文章来源】：天然气工业. 2020,40(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

MDES 2000型微钻平台结构示意图及局部图

移动平台：通过由齿轮减速电机、链轮—链条构成的移动平台机构可以调整钻孔水平位置；旋转机构主要由异步电机、旋转平台以及固定装置组成（图2），能够实现岩石样品的旋转运动；试验过程中，岩石样品通过定位螺栓固定。通过钻头钻杆完成上下进给运动，岩石样品完成旋转运动，能够避免热电偶的缠绕。1.2 切削工具

钻头切削齿材料为硬质合金YG8，钻头由4个切削齿组成，钻头外径为37.4 mm，内径为16.3mm，如图3-a所示。为提高切削温度测量的准确性，在钻头切削齿上加工直径为1.1 mm的孔。1.3 温度测量系统

【参考文献】：
期刊论文
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[5]PDC钻头岩石可钻性测定与分级新方法研究[J]. 杨迎新,高翔,陈红,陈军海,陈炼.  地下空间与工程学报. 2019(03)
[6]不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析[J]. 杨开新,蒋明镜,陈有亮,廖优斌.  水资源与水工程学报. 2019(02)
[7]浅钻技术在宁夏青铜峡地区地质填图中的应用研究[J]. 冉灵杰,何远信,宋殿兰.  地质与勘探. 2019(01)
[8]基于神经网络的深层机械钻速预测方法[J]. 王文,刘小刚,窦蓬,林海,陶林.  石油钻采工艺. 2018(S1)
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[10]深部及复杂地层中PDC钻头综合改进方法[J]. 王滨,邹德永,李军,杨宏伟,黄涛.  石油钻采工艺. 2018(01)



本文编号：3262910