复合钻头破岩机理及设计研究

发布时间：2017-12-24 15:01

  本文关键词：复合钻头破岩机理及设计研究　出处：《西南石油大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 复合钻头 设计技术 破岩机理 仿真分析 工作理论

【摘要】：在石油钻井工程中,钻头作为主要的破岩工具,其设计好坏在很大程度上影响了钻井成本和钻井效率。通常使用的钻头有PDC钻头以及牙轮钻头。但是随着浅层石油的急剧减少,钻井开始越来越多的面临地层复杂、深井、超深井、难钻地层,于是对钻头的设计及使用也提出了越来越高的要求。近些年,随着PDC-牙轮复合钻头在国外钻探现场的成功应用,其取得的优异钻井数据为钻头的发展指明了一定的道路。对于国内,一些生产钻头的厂家也迫切希望获得高性能和实用的复合钻头,从而打破国外的技术垄断,建立起自己的复合钻头制造技术和体系。目前PDC-牙轮复合钻头作为一种新的破岩工具,在硬地层、致密地层、高研磨性地层以及定向钻井中有着钻井效率高、造斜稳定、钻头使用寿命长等优势。虽然国内针对复合钻头开展了一些研究,并取得了一定的研究成果,但是对于复合钻头的破岩机理及设计技术还需要深入研究、完善。为此,本文针对复合钻头开展了以下研究,主要包括:1、开展了复合钻头牙轮运动学的研究,讨论了牙轮外形轮廓对牙轮速比的影响。2、针对复合钻头的破岩特性,开展了复合钻头破岩机理的仿真分析。在PDC齿前倾角分别为15°、20°、25°时,研究了三种牙轮牙齿在不同侵入深度情况下,其破碎岩石形成的齿坑形状、岩石损伤范围对PDC齿刮切做功能耗的影响;验证了复合钻头的破岩优势。3、根据仿真分析,建立了牙轮牙齿的垂向压入力和滑移刮切力模型,计算了复合钻头牙轮破碎岩石能耗;针对牙轮牙齿对岩石的预损伤破岩,对PDC切削齿破岩过程进行了详细的分析,计算了 PDC齿刮切破岩所需能耗。4、提出了复合钻头的两套切削结构的复合、牙轮外形轮廓、牙齿齿型、冠部轮廓、保径设计方法;并针对硬地层、不均质地层以及定向钻井对复合钻头的个性化设计进行了探讨。5、根据仁页1井身结构和地层特性设计研制了复合钻头产品,并进行了现场试验,验证了复合钻头在难钻地层中的高效破岩优势。本文旨在通过开展复合钻头破岩机理的仿真分析,从牙轮牙齿对岩石的预损伤入手,研究PDC切削齿切削力变化以及做功大小,建立两套切削结构做功大小模型,探寻两套切削结构的能量分配关系,探讨复合钻头的设计方法,为复合钻头的个性化设计及现场应用提供参考。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE921.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 金宾;;新型钻扩四刃复合钻[J];工具技术;1986年08期

2 董希仁;;单刃可转位中心镶片复合钻[J];机械工人.冷加工;1987年03期

3 ;复合钻攻新刃具[J];机械设计与研究;1992年02期

4 汪津泽,顾祖慰;大直径复合钻的设计与应用[J];工具技术;1992年12期

5 梁锦垣;陶瓷辊棒加工用复合钻头[J];陶瓷;2002年02期

6 顾承怡;;木工直刃复合钻[J];木工机床;1982年01期

7 汪津泽,顾祖慰;新型的孔加工刀具——大直径复合钻[J];机械工人.冷加工;1992年11期

8 董启云;佘明军;张峰;;综合录井仪在复合钻进时对深层油气资源的发现作用[J];内蒙古石油化工;2008年16期

9 张宇;吴义发;况雨春;朱志镨;;单弯螺杆复合钻进力学行为数值模拟研究[J];石油地质与工程;2013年04期

10 任兆应;;台阶式复合钻头的使用[J];新技术新工艺;1989年05期

相关会议论文 前1条

1 刘伟;商桦甸;;提高乌南油田钻井速度的技术浅谈[A];黑鲁石油学会钻井新技术研讨会论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前3条

1 本报记者 臧亚伟;高效刀具：让加工时间减少93%[N];机电商报;2006年

2 记者 师啸邋特约记者 那武生;吐哈钻一进尺突破50万米[N];中国石油报;2007年

3 通讯员 黄延兵;青海市场高点“收盘”[N];中国石油报;2010年

相关硕士学位论文 前6条

1 杨瑶;定向井复合钻头技术研究与现场应用[D];西南石油大学;2016年

2 谢豆;深部硬地层PDC-牙轮复合钻头破岩机理研究[D];西南石油大学;2016年

3 高翔;复合钻头破岩机理及设计研究[D];西南石油大学;2017年

4 朱学贵;新型复合钻头研究[D];西南石油学院;2003年

5 程伟;PDC-牙轮复合钻头布齿设计技术研究[D];西南石油大学;2015年

6 翟文涛;复合钻进条件下钻进参数优选方法研究[D];中国石油大学;2007年

，

本文编号：1328815