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PDC钻头冠部设计的原理与方法

冠部设计是PDC钻头总体设计的一个重要组成部分,过去一直是凭经验设计,缺乏理论依据,随意性较大。鉴于此,根据PDC钻头冠部设计的基本要求,推导出了按等切削、等磨  (本文共4页) 阅读全文>>

中国石油大学
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定向井PDC钻头结构优化设计研究

PDC钻头在砂泥岩地层机械钻速高、钻头工作寿命长、耐高温能力强于牙轮钻头,因此更适合定向井、水平井施工。但在定向井作业中,常出现初始造斜困难、方位不稳、钻头偏移趋势增加、钻头进尺缓慢等现象。其中PDC钻头整体结构设计特点对定向钻进的性能影响很大,决定着定向造斜是否成功,稳斜阶段能否保持平稳钻进。因此有必要研究PDC钻头不同的结构特征对定向钻进的影响,找出影响定向性能的关键性结构因素,为定向井PDC钻头的设计优化提供依据。本文系统地研究了PDC钻头结构的设计理论及其特点,分析了影响PDC钻头在定向井中性能的因素,包括PDC钻头漂移的因素分析,地层各向异性对钻头定向性能影响等。用经验公式描述了PDC钻头的导向能力和漂移趋势,依据导向能力对IADC钻头剖面标准进行重新分类,并着重分析了保径特征参数对PDC钻头定向性能的影响。利用有限元分析软件分析了不同内锥和外锥组合的双圆弧冠部形状的PDC钻头与岩石相互作用时,钻头和岩石应力的大小和分...  (本文共101页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国石油大学(北京)
中国石油大学(北京)

自清洁反循环钻头技术研究

獾式钻井技术是顺应当今油气勘探开发区域日趋复杂化的一项前沿性技术,它与常规钻井技术的不同之处在于工作过程中无钻机、无钻井液、开钻后一钻到底、无法起下钻等方面。而自清洁反循环PDC钻头是獾式钻井技术中很重要的一个工具,它要与其他獾式钻井工具配套使用。本文基于獾式钻井技术的工作要求,设计了两套螺旋岩屑输送装置:方案一是单螺杆岩屑输送装置,方案二是双螺旋岩屑输送装置。并在常规PDC钻头的设计基础上,结合螺旋输送装置的结构参数,设计了自清洁反循环PDC钻头体,并用有限元软件对钻头体进行了强度分析。基于动态平衡条件,用单质点法对螺旋刀翼上的岩屑颗粒进行了受力分析,得出了岩屑颗粒的受力与刀翼螺旋角、接触面摩擦系数等参数的关系。对单螺旋岩屑输送装置和双螺旋岩屑输送装置进行了岩屑运移的机理分析,得出了单螺杆的临界转速表达式和双螺旋柱岩屑输送段的功耗、扭矩、轴向力的表达式,为选择钻头的驱动电机提供了参考。本文运用EDEM离散元方法分别对安装有两种...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安科技大学
西安科技大学

煤矿用PDC钻头耦合仿生设计及提速增效破岩机理研究

随着煤矿产能扩大,开采深度加深,开采条件也越来越复杂,安全高效开采对地质保障技术的要求不断提升,钻探技术作为煤矿瓦斯和水害治理的重要技术手段,对钻探装备、配套钻具和钻进工艺等都提出了更高的要求。钻头作为破碎岩石的主要工具,在整个钻进过程中起着重要作用,合理的设计和选用钻头对提高钻进效率和节约钻进成本具有重要意义。论文针对我国煤矿井下复杂硬岩钻进使用常规PDC钻头存在的钻进效率低、使用寿命短等问题,在消化吸收石油钻井用PDC钻头设计理论的基础上,引入耦合仿生理论用于PDC钻头切削齿和冠部形状设计,并利用计算机模拟仿真技术进行结构优化和破岩机理分析,旨在达到提高钻头钻进效率和使用寿命的目的。论文首先从分析煤矿井下常用PDC切削齿和PDC钻头结构特点和适用性入手,通过分析三翼内凹型PDC钻头结构缺陷和失效形式,结合煤矿井下硬岩钻进的特点和需求,在消化吸收石油钻头设计理论的基础上,提出了“弧角型”冠部形状设计方案和“错峰布齿、分层切削”...  (本文共136页) 本文目录 | 阅读全文>>

东北石油大学
东北石油大学

大庆油田中深井PDC钻头结构优化设计研究

近年来,随着钻井深度的不断增加,所钻遇的地质情况也有所变化,其中中深井的钻井过程又出现了许多新的难点。在钻进中深井的过冲中,井深增加,地层温度和压力也在不断地增大,这就造成岩石强度、硬度和可钻性等一系列力学性质发生明显变化。尤其是岩石开始由脆性破坏向塑性破坏转变,此时钻头选择不当会大大地降低钻速。因此,本文以大庆油田中深井钻井过程中所出现的问题为基础,针对中深井PDC钻头结构优化设计展开研究。本文首先针对大庆油田中深井分布的主要区域——松辽盆地中央坳陷区展开研究,分析了地层岩石的弹性参数、抗压强度、硬度、塑性系数以及可钻性极值,发现该地区地层岩石可钻性级值大部分在6-9区间,结构复杂,硬度不均。也对该研究区域PDC钻头(即现场常用的一种PDC钻头—PFM635)的应用情况进行统计分析,总结其优缺点。同时,分析了PDC钻头的结构特性,揭示出其切削齿破岩、磨蚀等工作原理,并分析了PDC钻头工作的影响因素。基于已有研究成果深入探讨了P...  (本文共60页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国石油大学(北京)
中国石油大学(北京)

基于井底应力状态的PDC钻头冠部形状优化设计方法研究

冠部形状是PDC钻头的重要组成部分。PDC钻头的冠部形状决定着井底形状,而井底形状的不同会影响井底岩石的应力状态分布,进而影响岩石破碎的难度。对不同井底形状的岩石应力状态的研究可以为冠部形状的优化提供指导。本文创新性地从井底形状与井底不同部位岩石的破碎应力的关系入手,系统地阐述了PDC钻头冠部形状优化设计理论,提出了一般的冠部形状可以用典型冠部形状(鱼尾型、炮弹型和平底型)组合的形式拟合得到的观点,并以岩石可破碎强度来表征井底应力分布情况。运用LS-DYNA有限元模拟软件对单齿、单刀翼和单排齿的岩石破碎过程进行了模拟,得到了不同岩性条件下,切削角度、切削深度、切削速度对岩石可破碎强度的影响规律,以及典型井底形状的岩石可破碎强度分布规律。本文通过建立岩石可破碎强度与井底形状的表达式,提出了PDC钻头冠部形状优化设计模型。本文开拓了钻头冠部设计的研究思路,推动了破岩理论的发展。  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>