倒锥齿结构增强高温钻井牙轮钻头固齿强度研究

发布时间：2023-02-12 10:25

　　近年来的钻井工程实践表明,在高温钻井(特别是高温地热钻井)条件下,原本制造质量优良的牙轮钻头常常会发生普遍的严重掉齿现象,钻头寿命缩短,保径能力降低,从而严重影响整体钻井效率。这说明:井底温度是一个对镶齿牙轮钻头的固齿强度具有显著影响的因素,应该深入研究其作用机理,并研究行之有效的固齿技术改进方法。本文提出了一种具有倒锥结构的新型牙齿及固齿原理,理论上可以有效防止掉齿现象的发生。常规的牙轮钻头使用的都是圆柱形硬质合金齿,以过盈配合方式镶嵌于圆柱形齿孔中。这种镶齿方法以齿孔产生的过盈变形所产生的应力将牙齿抱紧,产生固齿力。新型倒锥齿的固齿面为上小下大的圆锥面,与其配套的齿孔固齿面同样为齿孔孔口直径小于齿根直径的倒锥面。二者使用热镶或冷镶的方法进行过盈配合装配。当固齿力相同时,倒锥齿结构的过盈量小于常规圆柱齿结构,孔口应力较低,承载能力更强,同时,当处于高温状态下,得益于二者的倒锥形结构,牙齿齿根最大横截面尺寸大于齿孔横截面尺寸,这样在受热膨胀的情况下也可以产生很好的固齿效果,从而有效减少钻头掉齿现象,提高钻进效率。本文主要研究工作包括:(1)对高温环境下牙轮钻头掉齿原因进行调研和分析,研...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 工程背景
    1.2 牙轮钻头在地热钻井应用中的问题
    1.3 国内外研究现状
    1.4 牙轮钻头固齿技术研究现状
    1.5 主要研究内容
第二章 高温地热井牙轮钻头掉齿原因分析
    2.1 温度对固齿强度的影响
    2.2 钻井方法对固齿强度的影响
    2.3 回火效应对固齿强度的影响
    2.4 其他钻具对牙齿的影响
    2.5 本章小结
第三章 牙轮钻头固齿理论分析
    3.1 齿孔应力应变理论分析
    3.2 常温下牙轮钻头固齿力计算
    3.3 孔口处压力计算分析
    3.4 温度对材料弹性模量影响分析
    3.5 孔底空气对固齿力影响分析
    3.6 常用固齿方法评价
    3.7 本章小结
第四章 倒锥齿有限元分析
    4.1 倒锥齿定义及固齿机理
    4.2 倒锥镶齿参数确定方法
        4.2.1 过盈量确定方法
        4.2.2 锥度确定方法
    4.3 计算方法
        4.3.1 Abaqus简介
        4.3.2 有限元计算模型
        4.3.3 几何参数
        4.3.4 网格划分
        4.3.5 边界条件设置
    4.4 计算结果分析
        4.4.1 牙齿压入仿真
        4.4.2 牙齿压出仿真
        4.4.3 施加侧向力载荷仿真
    4.5 不同锥度下倒锥结构简要分析
        4.5.1 锥度为齿大孔小
        4.5.2 锥度为齿小孔大
    4.6 本章小结
第五章 倒锥齿镶固强度测试实验
    5.1 镶固强度实验方法及内容
        5.1.1 实验目的
        5.1.2 实验内容
        5.1.3 实验方法
    5.2 实验准备与过程
        5.2.1 实验装置设计加工
        5.2.2 实验规划
        5.2.3 实验过程
    5.3 实验结果分析
    5.4 本章小结
第六章 倒锥齿孔加工方法探讨
    6.1 膨胀锥法
    6.2 镶套法
    6.3 本章小结
第七章 结论
    7.1 主要研究成果
    7.2 主要创新点
    7.3 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的科研成果



本文编号：3740928