PDC钻头切削齿破岩载荷规律的分析

对PDC钻头冠部形状及不同的布齿密度和切削齿在不同的磨损状态下对PDC钻头切削齿受力的影响进行了分析；用相邻的3个切削齿之间的关系（不同的切削齿与切削齿之间的径向距离和切削齿之间的高度差）来分析PDC钻头冠部形状和切削齿布齿密度对切削齿受力的影响，以及将切削齿的磨损状态简化成与切削齿在钻头上装配方向垂直的平面来分析切削齿磨损状态对切削齿受力的影响。     

混合钻头破岩机理浅析

随着我国油气资源的不断开发,钻井深度也不断的加大,因而各钻井公司对钻头的质量有了更高的要求,近年来国外提出的将PDC钻头和牙轮钻头的优点结合,形成了具有PDC结构和牙轮结构的混合钻头,混合钻头设计合理,在钻井过程中会合理地融合两种钻头的切削作用,使其相互影响,从而在硬地层中利用牙轮钻头切削结构的缓冲作用,较好地减缓了P...     

PDC切削齿后倾角与破岩关系的数值模拟

PDC钻头在煤炭行业中应用广泛,但在煤层顶、底板硬岩穿层钻进中出现了效率低的状况。基于这一问题,以切削齿为单位对钻头破岩作用机制进行研究,在有限差分软件FLAC~(3D)中建立切削齿与岩石相互作用仿真模型。通过改变切削齿空间参数,模拟不同后倾角对切削齿破岩效果的影响。研究结果表明,切削齿的后倾角为15°时,切削齿对岩石产生应力及位移最大,破岩效果最为明显。     

改进型PDC钻头切削齿室内破岩试验研究

表面带碳化钨保护层的新型聚晶金刚石复合片既可保持复合片的自锐特性及耐磨性，又可以避免切削齿的崩裂、掉块现象。试验结果表明，在硬地层中，新型ＰＤＣ切削齿在钻速、切削齿强度和寿命方面与常规ＰＤＣ齿相比具有更好的工作性能。     

PDC钻头切削齿切削角度对破岩效果影响规律的研究

利用有限元数值模拟方法,研究石油钻井PDC钻头破岩过程中切削齿与岩石相互作用的规律,分析PDC钻头切削齿切削角度与破岩效果的关系,以优化切削齿的切削角度。通过数值模拟分析,得到了在不同岩性中切削齿切削角度与破岩体积、破碎比功之间的关系。     

渭北油田岩石性能参数下PDC钻井破岩研究

PDC钻头几何结构复杂性、岩石材料差异性以及钻井工况的系统性,使得钻头切削破碎岩石的机理研究与钻头对地层的匹配适应性一直存在很大困难。基于渭北油田取心所测得岩石力学参数,获得了该区块的H-J-C岩石响应模型参数,通过三维CAD软件和有限元软件建立PDC钻头破岩的三维非线性动态仿真模型,开展PDC钻头在该区块的破岩规律研究,并深入研究钻头破岩过程中的响应规律。结果表明,该区块下钻头垂向加速度为0.1 m/s²,钻头垂向速度稳定在0.006 m/s,破岩功呈周期性变化、总体上升的规律趋势。该计算方法针对性较强,计算灵活便捷,为后期钻头—地层的适配性研究提供了技术手段。     

综采覆岩破坏离散元数值模拟分析

采用离散元数值模拟的方法研究煤层综放开采覆岩破坏规律,对数值模型的计算结果分析得出:通过提高综采支架支护阻力,可抑制工作面控顶区附近顶板采动裂隙发育高度,使其不波及松散含水层,从而实现高承压松散含水层下,提高上限安全开采目的,为高承压松散含水体下缩小安全煤岩柱开采,合理解放和回收防水煤柱内所呆滞的煤炭资源提供了理论基础。     

行星钻头转向滚刀破岩机理

行星钻头具有破岩效率高、旋转扭矩小、耗电省等优点，本文叙述了行星钻头的破岩过程，对全断面钻进时所构成的破碎网进行了深入的讨论，论述了转向滚刀的破岩特点。通过试验，提出了刀具的布置方案和主要参数的计算，对其破岩效果进行了分析。     

离散元数值方法在软岩巷道锚喷支护机理研究中的应用

本文阐述了针对具有软弱膨胀特性围岩的实际工程，应用离散元数值方法模拟分析巷道围岩的变形破坏特征、一次支护和二次支护后锚杆和喷层与围岩的相互作用过程和支护机理。指出了锚杆和喷层的支护作用具有的明显互换性和支护设计中应考虑的有关问题。     

模拟深井条件下的PDC钻头破岩试验研究

利用深井破岩试验装置模拟不同井深（0～5km）压力条件下对泥岩进行了PDC钻头破岩试验，试验结果表明：随着井深（围压）的增加，岩石强度增加，破碎岩石的切削力增加，同时，PDC钻头齿形和结构对破岩效率影响较大，因此必须按深井条件和岩石特点进行PDC钻头齿形和结构设计，以达到提高机械钻速的目的。     

单齿切削试验PDC参数与破岩功耗的关系

ＰＤＣ切削齿形状、切削深度、纵向前角和横向前角等切削多数是进行ＰＤＣ钻头优化设计的基础。通过实验室单齿切削试验，研究上述切削参数与ＰＤＣ切削齿破岩功耗的关系，确定各切削参数优化值。     

PDC钻头切削齿布齿设计的新思路

切削齿布齿设计是PDC钻头设计的关键。为提高PDC钻头的钻进效率,综合考虑PDC钻头切削齿的设计特点和切削先后顺序等因素,并且通过对PDC钻头单切削齿实验结果进行分析,提出了以冠部轮廓法线为基准的切削齿布齿设计方法。     

基于有限元的PDC钻头单齿工作参数仿真研究

采用显式动力学中的接触、侵蚀有限元分析方法,对PDC钻头的单齿工作参数变化进行了仿真。当绕钻头中心轴线旋转的单粒PDC切削齿在切削深度为2mm时,研究了具有不同前倾角、侧倾角破岩时切削齿的受力分布及岩石破碎情况。仿真结果较真实地表明了单粒PDC切削齿应力分布、接触压力分布随钻头破岩过程的动态变化情况,为PDC钻头的设计提供了有效的依据。     

高压电脉冲破岩机理数值模拟研究

高压电脉冲钻井技术目前已成为一种新型高效的岩石破碎方法,同时也是目前钻井提速领域的研究热点。为了推动高压电脉冲的破岩机理研究,建立了单对电极破碎红砂岩的多物理场耦合电击穿二维数值模型,通过电流场、电击穿场和电路场的耦合再现均质红砂岩中等离子体通道的产生,分析了电极倾角、电压、电极间距对岩石电击穿(岩石内部等离子体通道的形成)的影响规律。研究表明：等离子体通道由靠近放电电极顶端局部区域开始萌生,并朝着岩石局部介电强度薄弱处发展;随着加载脉冲电压值的增大,电击穿发生时刻逐步降低,岩石模型的等效失效体积逐渐增大;在保证岩石能被电击穿的前提下,增大电极间距能提高高压电脉冲的破岩效率;放电电极的电极倾角逐步增大的过程中,岩石等效失效体积出现明显的波动,其极值多数出现在电极倾角35°～55°的范围之内。为了进一步推动高压电脉冲破岩的工业化应用,在二维模型基础上构建了红砂岩的多物理场耦合动态电击穿三维数值模型,再现了电极钻头破岩过程中岩石内部破碎坑的状貌;与此同时,选用自主设计的同轴型电脉冲钻头开展了电击穿室内实验,电击穿室内实验结果与仿真实验结果相互印证。     

盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟

根据岩石Drucker-Prager塑性屈服准则和岩石的力学特性,利用ABAQUS软件建立岩石隧道掘进机(TBM)滚刀破岩的有限元模型,并模拟了滚刀的破岩过程,分析了滚刀破岩机理.模拟结果表明,不同的滚压深度对岩石破碎具有不同的效果.对于所选定的岩石力学参数,当滚压深度为4.8 mm时,岩石出现破碎.这对改进刀盘参数的设计,提高掘进效率具有一定的指导意义.     

基于Matlab的PDC钻头布齿软件设计

合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能优良的关键,在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件。软件采用Matlab编写,具有设计速度快、精度高、可操作性强,使用方便等优点。     

掘进机铣筒破岩受力分析及数值模拟

破岩技术参数是竖井掘进机研究的重要依据。基于铣筒滚刀破岩机理,对竖井掘进机截割过程中铣筒截齿进行受力以及运动分析。从理论的角度,研究截齿安装角度不同时铣筒截割头的受载特性以及对截割性能的影响,利用SolidWorks软件建立了铣筒破岩动力学三维模型,模拟了铣筒的牵引力随时间的变化曲线。结果表明:理论分析结果与仿真结果一致,可为竖井掘进机整机结构设计提供参考。     

PDC钻头等体积布齿设计计算方法探讨

等体积设计是PDC钻头布齿设计的基本原则之一，等体积设计原则下要求PDC钻头旋转一周每一颗切削齿所切削的岩石体积相等。目前发表的文章大多是对布齿设计原则作了详细说明，而在如何实现方面没有进一步探讨。在综合考虑了钻头冠部形状、切削齿的空间布置、切削齿的工作角、切削齿尺寸、切削齿的相互作用等因素的影响后，建立了对切削齿进行等体积布置设计的数学计算模型并选取适当的数值计算方法求解，为PDC钻头的计算机辅助设计和性能模拟分析提供了一种有效的方法，实例计算表明该模型和求解方法具有实用性。     

基于MATLAB的PDC钻头布齿设计

PDC钻头结构形式变化多样,设计灵活性大,对地层变化的敏感性很强,合理的布齿设计是保证PDC钻头工作性能的关键.目前采用的图解调整法设计PDC钻头存在效率低、欠灵活且有误差等不足.本文在研究PDC钻头布齿设计理论和方法的基础上,开发了PDC钻头布齿设计软件,优点是布齿设计速度快、精度高、可操作性强、使用方便等.     

反井钻机球形镶齿滚刀破岩数值分析

利用有限元软件,建立球形镶齿滚刀三维数值模型,分析了滚刀破岩原理、岩石应力和滚刀受力情况,研究了刀齿间距和刀齿排距对滚刀破岩效果的影响,得到了滚刀结构参数与岩石破碎特性的规律。数值模拟结果表明:1滚刀破岩力具有明显的阶跃特征,从而证实了岩石的跃进破碎特性。2刀齿间距较大时,破岩比能变化较小;破岩比能总体随刀齿间距的减小而减小。3破岩比能随刀齿排距的增加,先减小,后增大。在35~45mm范围内,球形镶齿滚刀排距存在1个最佳值。