新型PDC钻头切削齿破岩仿真实验研究

为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响,基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真,模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程,分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关键因素下的破岩状况,通过粘结键的破坏数量得到各因素下的破岩率。结果表明：切削齿自身角度和牵引速度是影响破岩率的主要因素,切入岩壁夹角和钻头转速是影响破岩率的次要因素。当切削齿自身角度为70°、切入岩壁夹角为30°、钻头转速为31.4 rad/s、牵引速度为0.25 m/s时破岩率最高。在相同条件下,圆柱形切削齿破岩率为57.66%,圆台形切削齿破岩率为56.36%,但圆台形切削齿的磨损量比圆柱形切削齿降低29.72%,有效地提高了刀具的使用寿命,具有更好的破岩性能。研究结果可为EDEM模拟切削齿破岩过程中PDC钻头切削齿的设计及施工参数的选择提供参考依据。     

气动冲旋钻头破岩过程仿真研究

运用有限元软件LS-DYNA对气动冲旋钻头一次冲击情况下的破岩过程进行了仿真研究,阐述了冲旋钻井过程中钻头与岩石互作用数值研究的相关问题,并对钻头破碎岩石的几个阶段进行了详细的描述.研究表明:钻头破碎岩石的过程分为四个阶段:①中心齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.②第二排齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.③边齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.④整体破碎坑形成阶段.在冲击旋转作用下岩石破碎形态主要有三种:破碎坑、损伤区和无损伤区.钻头产生破碎坑区域越大,钻头破岩效率就越高;损伤区能不同程度地降低了岩石的强度,有利于旋转刮削破岩和下一次冲击破岩,文中所示钻头破碎岩石形成的破碎坑脊部过宽,不利于钻头刮削破碎岩石,原因是钻头部分牙齿之间距离过大.     

中硬地层全尺寸PDC钻头破岩实验研究

聚晶金刚石复合片（PDC）钻头作为钻井系统中消耗最多的工具之一,钻一口井常需要更换几个甚至几十个钻头,PDC钻头使用寿命将直接关系到钻井成本。通过全尺寸钻头钻选实验,研究了不同钻压、转速和不同岩性下的钻头动力学特性（动态钻压、扭矩）,研究结果表明：增大预定钻压将显著增大钻头处响应钻压和扭矩的波动范围;而改变转速对钻头处钻压和扭矩的影响较小;相同钻井参数下,钻进灰岩时的钻压和扭矩波动范围最小,而钻进人造岩时其波动范围较大。研究结果为钻井参数优化和钻头选型提供一定的理论指导。     

基于离散元方法的PDC钻头切削齿破岩机理数值模拟

工具破岩机理研究对于石油钻探、煤炭和矿物开采、隧道和地下硐室建造等工程领域具有重要意义.切削工具的结构参数及真实物理环境对破岩效果影响显著.采用离散元方法模拟PDC齿在不同切削速度、切削角度、切削深度以及围压参数下的切削破岩效果,得出PDC齿受到的切削力及岩石裂纹发育情况的变化规律.研究结果表明:在PDC钻头切削岩石过...     

PDC钻头谐振破岩模拟及室内试验研究

近年来油田开发的重点已经由浅层逐渐向深层、超深层转移,随着钻井深度的增加,钻井难度也逐渐变大。为了解决钻深井时机械钻速慢、钻头失效快等问题,对谐振破岩技术展开了研究,建立了PDC单齿切削的离散元模型,为PDC齿分别添加不同频率的简谐振动,模拟钻头在不同频率的简谐振动下的破岩效果,结合简谐振动下PDC钻头室内破岩试验,试验结果验证了模型模拟结果的准确性,将离散元模拟和室内试验结合,验证了谐振破岩的可行性,为深部地层的钻井提速工具设计提供了新的理论支持。     

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。     

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。     

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。     

PDC钻头复合冲击破岩机理研究及应用探讨

随着钻井提速,PDC钻头结合扭力冲击器的复合钻井技术应用越来越普遍。为了进一步提高PDC钻头复合钻井技术在现场的应用效果,系统分析了钻头的结构及工作原理,对PDC钻头具有的硬度高、耐磨性好、强度高、自锐性好、稳定性差、抗冲击性差的特性进行了分析。通过对复合冲击破岩机理研究表明,在复合钻井条件下,PDC钻头切削齿与地层岩石呈严重不均匀接触状态,承压面积减小,切削齿对地层岩石的吃入深度增加,加之切削轨迹呈交叉状态,显著提升了钻头破岩效率。通过在钻井现场的应用及与牙轮钻头钻井情况对比,结果表明,PDC钻头复合钻井技术能够显著提高机械钻速、缩短钻井周期,具有较好的经济效益和广阔的应用前景。     

基于离散元法的漏斗车装卸载过程动态仿真

为了提高漏斗车装卸效率,提出一种基于离散元法的煤炭漏斗车装卸载过程动态仿真方法。运用离散元法建立煤炭漏斗车装卸载仿真模型,并设定合理参数对煤炭漏斗车的装卸载过程进行模拟,对煤炭漏斗车端、侧墙的作用力规律进行综合分析,最后得到煤炭漏斗卸货过程中压力与高度、时间之间的变化关系。     

基于离散元法的半自磨机磨矿过程的仿真研究

通过离散元软件EDEM建立了半自磨机仿真试验模型,并对其磨矿过程进行了模拟,分析了不同转速、衬板个数及衬板高度对半自磨机有效功率的影响。结果表明,随着转速率和衬板的增加,半自磨机的有效功率成线性增加;不同衬板高度对半自磨机有效功率的影响不同;随着L/H的变化,半自磨机的有效功率不断变化,在L/H=5左右,半自磨机的有效功率趋于最大值。可为半自磨机运行参数的选择提供一定的参考依据。     

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。     

基于离散元法的立轴破转子磨损机制研究

为了深入研究立轴冲击式破碎机转子的磨损机制,将离散元仿真方法与表面磨损理论有效融合,以Archard模型及Rabinowiciz模型作为表面磨损计算模型嵌入离散元仿真程序EDEM中,建立了立轴破转子磨损仿真模型。通过分析不同工况下耐磨件的磨损形式及磨损量的特征,获得了各耐磨件的主要磨损特性及部分影响因素的作用机制。利用所述规律,可针对转子耐磨性能提升及耐磨材料的有效利用的改进设计提出指导性意见。     

超声波辅助PDC切削齿振动破岩仿真分析

PDC钻头在软至中硬地层钻进时具有钻速高、使用寿命长、设计灵活等显著优点,在钻井领域中的需求量逐年增加.而超声波钻进作为一种新型碎岩技术,由于在钻进过程中具有穿透能力强、钻进效率高等优点而获得了广泛关注.以超声波振动辅助PDC钻头破岩有望取得良好的钻进效果.为此,基于线型Drucker-Prager模型,利用ABAQUS软件建立了超声波辅助PDC钻进振动切削岩石的二维有限元模型,分析了不同超声波振动频率下PDC钻进破岩比功和切削力的变化规律,比较了超声波振动切削与常规切削岩屑形成过程的差异.研究结果表明,当激励频率从20 kHz至40 kHz增长的过程中,破岩比功与平均切削力都呈现先减少后增加的变化趋势,即存在一个最优频率位于25~30 kHz间,使破岩比功最小,钻进效率最高;超声波辅助振动切削的破岩方式与常规切削的塑性破坏不同,主要以脆性破坏为主,其切屑形成过程共分为4个阶段,且切削力保持为零的阶段较常规切削更为明显;当激励频率接近岩石固有频率时,超声波振动切削的平均切削力较常规切削小20.5%,并更易产生大块岩屑,使岩石产生更多体积破碎,从而提高破岩效率.     

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。     

基于稳态碎岩方式的PDC钻头设计分析研究

自从20世纪80年代PDC复合片研发成功以来,PDC钻头由于其钻进性能强和耐磨性能好,在世界许多国家的石油钻井和地质勘探中得到了广泛应用,取得了很好的效果。但是,如何进一步提高其在钻探工程中的技术经济指标是一个很迫切的问题。俄罗斯博士СкоромныхВ.В.教授等对此进行多年研究,提出了稳态破碎岩石方式的思想,即在轴载和扭矩切力形成的合力R与切削面成垂直角度条件下,切入深度h不变时形成的一种碎岩方式。并在此基础上提出了一些设计PDC钻头方面的建议。     

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...     

基于离散元法的立轴破转子磨损机制研究(增刊)

为了深入研究立轴冲击式破碎机转子的磨损机制,将离散元仿真方法与表面磨损理论有效融合,以Archard模型及Rabinowiciz模型作为表面磨损计算模型嵌入离散元仿真程序EDEM中,建立了立轴破转子磨损仿真模型。通过分析不同工况下耐磨件的磨损形式及磨损量的特征,获得了各耐磨件的主要磨损特性及部分影响因素的作用机制。利用所述规律,可针对转子耐磨性能提升及耐磨材料的有效利用的改进设计提出指导性意见。     

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。     

非简化PDC钻头井底流场数值仿真

根据实钻经验 ,将PDC钻头流场形状进行了改进 ,采用数值模拟的方法 ,全面考虑了三维、旋转、非对称和多喷嘴等多种因素的影响 ,对某厂一个实际PDC钻头模型井底流场进行了仿真分析 ,为PDC钻头的优化设计提供了一定的指导