高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

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作者 王大勇 马红滨 +4 位作者 李欣龙 熊超 史怀忠 黄中伟 赫文豪 《石油机械》 北大核心 2024年第7期36-44,共9页

深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥... 深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。 展开更多

关键词 高压水射流 锥形pdc齿 联合破岩 花岗岩 切削力 破岩特性

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锥形PDC齿单齿破岩有限元仿真研究

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作者 李勇 董仕明 姚建林 《石油和化工设备》 CAS 2023年第10期33-36,27,共5页

为提高PDC钻头的破岩效率,对锥形PDC齿进行结构参数敏感性分析。通过建立锥形PDC齿单齿破岩有限元仿真模型,分析了锥形PDC齿破岩过程中的响应特性,研究了前倾角、切削深度和齿顶角对锥形PDC齿破岩效率的影响。分析结果表明:锥形PDC齿破... 为提高PDC钻头的破岩效率,对锥形PDC齿进行结构参数敏感性分析。通过建立锥形PDC齿单齿破岩有限元仿真模型,分析了锥形PDC齿破岩过程中的响应特性,研究了前倾角、切削深度和齿顶角对锥形PDC齿破岩效率的影响。分析结果表明:锥形PDC齿破岩时先以“点”载荷的形式吃入岩石,后续锥面两侧接着接触岩石形成“V”形作用区域,此时最大应力集中在“V”形尖端部位,提高破岩效率;锥形PDC齿的切削载荷和破岩比功随着前倾角的增大而减小,当前倾角大于15°时破岩比功变化较小;当切削深度增加时,意味着PDC齿所需破碎岩石量增加,因此切削载荷随着切削深度的增加而增大,但是破岩比功却随之减小,这意味着破岩效率增加,综合考虑下优选2mm切削深度;齿顶角对切削载荷的影响较小,随着齿顶角的增大,切向载荷几乎没有变化,轴向载荷在100°齿顶角后才有明显增加,而破岩比功随着齿顶角的增大而小幅增加,在考虑到崩齿等失效现象下优选齿顶角为100°。研究结果可为锥形PDC齿破岩机理研究提供参考。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 破岩比功 切削载荷 数值模拟 结构参数

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锥形PDC齿犁切破岩受力试验研究 被引量：23

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作者 孙源秀 邹德永 +1 位作者 侯绪田 豆宁辉 《石油机械》 北大核心 2014年第9期23-26,共4页

鉴于锥形PDC齿的相关理论与技术研究尚处于起步阶段,国内还未见相关研究报道的现状,设计了锥形PDC齿,通过单齿破岩试验分析了锥顶直径、切削角、吃入深度和岩石硬度等主要参数对锥形PDC齿受力的影响,同时将锥形PDC齿受力与常规PDC齿进... 鉴于锥形PDC齿的相关理论与技术研究尚处于起步阶段,国内还未见相关研究报道的现状,设计了锥形PDC齿,通过单齿破岩试验分析了锥顶直径、切削角、吃入深度和岩石硬度等主要参数对锥形PDC齿受力的影响,同时将锥形PDC齿受力与常规PDC齿进行了对比。分析结果表明,在相同的吃入深度下,锥形PDC齿所受的轴向力和切向力均随锥顶直径的增大而增大,说明锥形齿越尖锐,吃入岩石的能力越强;在钻进花岗岩、大理岩和石灰岩时,切削角为15°时的轴向力最小,吃入岩石能力最强;在吃入深度相同的情况下,锥形PDC齿所受轴向力和切向力都小于常规PDC齿,锥形PDC齿的破岩方式为犁切破岩。研究成果对研制高效破碎硬地层的新型PDC钻头具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 犁切破岩 切削角 锥顶直径 吃入深度 岩石硬度

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锥形PDC齿耐磨性能试验研究 被引量：8

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作者 王滨 邹德永 +2 位作者 林森 何仁清 陆桃妹 《石油机械》 2015年第7期23-26,共4页

犁削型PDC钻头采用异于常规PDC复合片的锥形PDC齿作为切削单元,具备钻进硬地层的能力。利用VTL机床对锥形齿进行了磨损试验,研究了不同切削角和不同齿形对锥形PDC齿耐磨性能的影响,优选出耐磨性能好的齿形及切削角,并与常规PDC齿的耐磨... 犁削型PDC钻头采用异于常规PDC复合片的锥形PDC齿作为切削单元,具备钻进硬地层的能力。利用VTL机床对锥形齿进行了磨损试验,研究了不同切削角和不同齿形对锥形PDC齿耐磨性能的影响,优选出耐磨性能好的齿形及切削角,并与常规PDC齿的耐磨性能进行对比。研究结果表明,当锥顶角一定时,随着正切削角由5°增大到21°,锥形PDC齿的耐磨性能呈现由弱变强,再由强变弱的趋势,正切削角在12°~17°时锥形PDC齿的耐磨性能最好;当正切削角一定时,在锥顶角由68°增大到75°的过程中,锥形PDC齿的耐磨性能下降。为提高锥形PDC齿的耐磨性能,应设计适合锥形PDC齿的具有较大合成腔室的顶压机,同时对钻头水力参数进行优化。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 耐磨性能 正切削角 锥顶角

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锥形PDC齿破岩机理仿真研究 被引量：8

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作者 豆宁辉 杨顺辉 《石油矿场机械》 2015年第11期12-17,共6页

锥形PDC齿作为一种新型破岩方式,其相关理论在国内研究还处于起步阶段。采用Drucker-Prager准则,以等效塑性应变作为破坏准则,建立了基于ABAQUS的锥形PDC齿切削岩石有限元分析模型。通过数值仿真、理论分析阐述了锥形PDC齿切向上以剪切... 锥形PDC齿作为一种新型破岩方式,其相关理论在国内研究还处于起步阶段。采用Drucker-Prager准则,以等效塑性应变作为破坏准则,建立了基于ABAQUS的锥形PDC齿切削岩石有限元分析模型。通过数值仿真、理论分析阐述了锥形PDC齿切向上以剪切破坏为主、侧向方向以挤压拉伸断裂破坏为主的破岩机理,以及"相邻"效应,并且数值仿真分析了切削深度、切削角度对锥形PDC齿破岩效率的影响规律,优选出最优切削角度20°。研究结果对锥形PDC齿为基础的新型PDC钻头的设计提供了依据。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 破岩机理 数值仿真 切削角

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锥形PDC齿破碎砾岩特性试验研究 被引量：7

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作者 徐卫强 史怀忠 +4 位作者 曹权 史杏杏 胡锡辉 熊超 陈晗 《石油机械》 北大核心 2021年第9期9-16,共8页

为了进一步提高PDC钻头的破岩效率和钻遇硬地层及复杂地层的适应性,研发了PDC单齿破岩综合试验装置。采用该试验装置对锥形PDC齿破碎砾岩进行了试验研究,并将试验结果与常规PDC齿破碎砾岩、锥形PDC齿破碎花岗岩进行了对比。研究结果表明... 为了进一步提高PDC钻头的破岩效率和钻遇硬地层及复杂地层的适应性,研发了PDC单齿破岩综合试验装置。采用该试验装置对锥形PDC齿破碎砾岩进行了试验研究,并将试验结果与常规PDC齿破碎砾岩、锥形PDC齿破碎花岗岩进行了对比。研究结果表明:当锥形PDC齿以20°前倾角破碎砾岩时,切削力差异系数明显小于前倾角为10°和30°,切削齿受力较稳定,有利于减轻钻头振动,延长钻头寿命;锥形PDC齿所受切削力随着切削深度的增大而增大,随着切削深度从1 mm增加至3 mm,切削力差异系数显著增大,切削力波动剧烈;锥形PDC齿破碎单位体积砾岩的能耗远小于常规PDC齿,破碎能耗降低约25%;破碎砾岩所需的切削力比破碎花岗岩所需的切削力小,破碎砾岩地层效率较高。研究结果可为锥形PDC齿破碎砾岩层及软硬交错等非均质地层的研究提供参考。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 砾岩 前倾角 切削力 差异系数 切削深度

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新型锥形PDC齿犁削破岩理论研究 被引量：8

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作者 居培 王传留 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期212-216,共5页

目前关于锥形PDC齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验,而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理,以及切削载荷分布特性;根据能量平衡原理,推导了锥形PDC齿切削载荷理论公式... 目前关于锥形PDC齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验,而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理,以及切削载荷分布特性;根据能量平衡原理,推导了锥形PDC齿切削载荷理论公式。结果表明,相比于常规PDC齿,锥形PDC齿破岩过程更加稳定,其切削载荷受岩石性质、齿的形状参数、切削深度以及切削角度的影响,且切削载荷随着锥顶半径、切削角度以及吃入岩石深度的增加而增加。研究成果可为锥形PDC齿及钻头的设计提供理论支撑。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 破岩特性 切削载荷 理论分析

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锥形与常规PDC齿混合布齿破岩机理研究及钻头研制

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作者 王鸿远 《石化技术》 CAS 2024年第8期389-391,共3页

常规PDC钻头在砾岩地层中易发生崩齿和碎齿,钻头进尺短、钻速低,钻井周期长、成本高等问题突出。为了提高砾岩地层的钻进效率,本文开展了锥形PDC齿与常规PDC齿混合切削砾岩实验,探究了齿间距和齿高差等参数对切削力、破岩体积及破岩效... 常规PDC钻头在砾岩地层中易发生崩齿和碎齿,钻头进尺短、钻速低,钻井周期长、成本高等问题突出。为了提高砾岩地层的钻进效率,本文开展了锥形PDC齿与常规PDC齿混合切削砾岩实验,探究了齿间距和齿高差等参数对切削力、破岩体积及破岩效率的影响规律,研制了Φ215.9 mm混合布齿PDC钻头,并在砾岩地层某口定向井中开展了现场试验。结果表明:随着齿间距增大,切削力和破岩体积逐渐增加,破岩效率先升高后降低,且在齿间距为18 mm时达到最大值;随着齿高差的增加,破岩体积呈线性增加,破岩效率先升高后降低,在齿高度差为0.5 mm时破岩效率最高;与邻井同井段用的牙轮钻头和常规PDC钻头相比,研制的混合布齿PDC钻头的机械钻速分别提高了37.93%和52.38%,进尺分别提高了117.45%以及86.87%。研究结果为适用于砾岩地层钻井的混合布齿PDC钻头设计提供理论依据。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 混合切削 砾岩 混合布齿 pdc钻头

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锥形齿与平面齿切削碳酸盐岩特征对比分析 被引量：1

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作者 傅新康 黄中伟 +4 位作者 史怀忠 吴洪志 何森林 熊超 赫文豪 《石油机械》 北大核心 2023年第7期59-67,共9页

目前对锥形PDC齿切削碳酸盐岩特性的研究较少。为此,针对碳酸盐岩开展了锥形齿和平面齿单齿切削试验,比较了2种切削齿切削产生的切削槽表面宏观与局部微观形貌特征、破岩与内部裂纹扩展过程以及岩屑分布特征等方面的差异,分析了2种切削... 目前对锥形PDC齿切削碳酸盐岩特性的研究较少。为此,针对碳酸盐岩开展了锥形齿和平面齿单齿切削试验,比较了2种切削齿切削产生的切削槽表面宏观与局部微观形貌特征、破岩与内部裂纹扩展过程以及岩屑分布特征等方面的差异,分析了2种切削齿的破碎模式。分析结果表明:在切削槽底部,平面齿以塑性破坏为主,锥形齿产生局部塑性破碎;2种齿的齿下裂纹均向前方以一定角度发育,平面齿齿下裂纹之间存在连通融合,而锥形齿齿下裂纹尖端形态保持较好;2种切削齿的岩屑产物均以大块片状为主,锥形齿切削产生的大于4.2 mm岩屑的质量分数大于平面齿;锥形齿切削碳酸盐岩的破岩比能比平面齿低25%。所得结论可为探究平面齿与锥形齿破碎碳酸盐岩特征与机理提供参考。 展开更多

关键词 单齿切削 锥形pdc齿 碳酸盐岩 岩屑分布 破碎特征 裂纹扩展

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锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究

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作者 熊超 黄中伟 +4 位作者 王立超 史怀忠 赫文豪 陈振良 李根生 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2432-2444,共13页

锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿,在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制,开展锥形齿破碎花岗岩试验与数... 锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿,在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制,开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究,分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律,采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程,通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性,结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析,建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明,锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段,前倾角对岩石破碎过程影响较小,切削深度的影响显著;锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成,纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍;齿尖周围压应力集中,岩石发生压剪破坏,压应力区外围形成弧形条带状拉应力区,并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹;微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹,发生块体岩屑崩裂,提高破岩效率,向岩石内部扩展劣化岩石强度,形成底部损伤区,提高后续破岩效率。 展开更多

关键词 锥形pdc齿 花岗岩 破岩过程 破岩机制

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切削-犁削混合钻头设计及现场应用 被引量：20

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作者 孙源秀 邹德永 +2 位作者 郭玉龙 陈修平 易杨 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期53-56,共4页

为解决常规PDC钻头在非均质硬地层使用寿命短、机械钻速低的问题,设计并加工了一种切削-犁削混合钻头。新型钻头以PDC复合片作为主要工作元件,以锥形PDC齿作为次要工作元件,形成混合切削结构,具有切削和犁削双重破岩作用,提高了PDC钻头... 为解决常规PDC钻头在非均质硬地层使用寿命短、机械钻速低的问题,设计并加工了一种切削-犁削混合钻头。新型钻头以PDC复合片作为主要工作元件,以锥形PDC齿作为次要工作元件,形成混合切削结构,具有切削和犁削双重破岩作用,提高了PDC钻头在非均质性硬地层中的抗冲击性能和破岩效率。现场试验表明,切削-犁削混合钻头机械钻速对比常规PDC钻头提高了57.6%,钻头进尺对比常规PDC钻头提高了91.6%,取得了非常好的使用效果。新型PDC钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。 展开更多

关键词 切削-犁削混合钻头 锥形pdc齿 结构设计 机械钻速 现场试验

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哈萨克斯坦阿克纠宾地区全井筒钻井提速综合技术 被引量：2

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作者 王刚 谭清明 +2 位作者 顾亦新 刘江波 刘伟丽 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2017年第1期25-28,共4页

哈萨克斯坦阿克纠宾项目位于滨里海盆地东缘,其复杂碳酸盐油气藏普遍存在上部地层蹩跳钻严重、井斜控制难和下部高研磨性灰泥岩,机械钻速低等问题突出,通过开展钻井提速工具的集成与应用,形成了该地区以垂直钻井、个性化钻头、复合钻进... 哈萨克斯坦阿克纠宾项目位于滨里海盆地东缘,其复杂碳酸盐油气藏普遍存在上部地层蹩跳钻严重、井斜控制难和下部高研磨性灰泥岩,机械钻速低等问题突出,通过开展钻井提速工具的集成与应用,形成了该地区以垂直钻井、个性化钻头、复合钻进、旋冲钻井为主的提速综合技术。在阿克纠宾项目各油田进行了推广应用,取得了较好的提速效果,与常规钻进方式钻进对比,垂直钻井技术提速1.6倍,个性化锥形齿PDC钻头配合高速螺杆技术在直井与水平井均提速1倍以上,旋冲钻井配合个性化PDC钻头技术提速2~3倍,孕镶金刚石钻头配合涡轮钻井技术提速2倍以上。鉴于滨里海盆地具有很强的地层规律性,所形成的钻井提速技术和方法在全盆地其他油田具有较强的指导和借鉴意义。 展开更多

关键词 提速 垂直钻井 锥形齿pdc钻头 涡轮钻具 孕镶金刚石钻头 旋冲钻井

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