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.     

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。     

基于Pro／E的PDC钻头三维参数化布齿设计

合理的布齿是保证PDC钻头有优良工作性能的关键。在Pro／E中建立了切削齿三维实体模型和PDC钻头三维参数化实体模型，并编写了相应的计算程序．计算各个切削齿前后中心点的精确坐标，并对Pro／E模型进行验证。为PDC钻头布齿设计提供了可靠的依据，为PDC钻头精确布齿走向自动化打下了基础。     

深孔PDC扩孔钻头研究及计算机辅助设计

介绍了深孔PDC扩孔钻头设计方法,参考了全面钻进PDC钻头设计理论,进行了冠部轮廓设计及等切削布齿理论研究,借助CAD/CAM/CAE一体化三维软件Pro/ENGINEER完成PDC扩孔钻头三维建模,参数化设计提高了PDC布齿的准确性,PDC扩孔钻头可应用到各种扩孔施工,应用前景十分广阔。     

刮刀型PDC钻头在煤矿瓦斯抽采钻孔中的应用

为解决煤矿瓦斯抽采钻孔粉砂岩、细砂岩层段三翼内凹PDC钻头钻进效率低、钻头寿命短的问题,对PDC钻头进行了选型并优化设计,通过选用刮刀型PDC钻头,并采用等切削的方法进行钻头布齿,并配套以一定的钻进工艺,在同种地层中取得了较好的钻进效果,解决了钻进效率低、钻头寿命短的问题。     

PDC钻头三维参数化布齿设计

文章在PRO/E中建立了PDC钻头和切削齿三维参数化实体模型;并编写相应的计算机程序,进行验证。为PDC钻头精确布齿设计打下了基础。     

基于套管钻井工艺的可钻式钻头研究

套管钻井工艺可有效解决在采动稳定区实施钻井时的井眼塌孔问题,可钻式钻头与常规PDC钻头相比,钻头体结构重新设计,以满足可钻性要求以及正常的钻进功能。结合使用的具体要求,可钻式钻头在布齿设计上进行了相应的优化和改进,使用力平衡技术对钻头布齿参数进行优化改进,以使钻头布齿满足要求。基于有限元软件分析,可钻式钻头的结构强度满足钻进要求,钻头结构设计合理。     

大直径定向长钻孔用PDC钻头设计与应用

针对煤矿井下中硬地层钻进中采用的常规单齿式PDC定向钻头和常规型扩孔钻头钻进寿命短,效率低,以及常规扩孔钻头在扩孔钻进中难以沿原孔轨迹钻进的缺陷,结合大直径定向长钻孔对三种钻头的需求,研制了两种新型PDC钻头,其中新型PDC定向钻头采用刮刀型平底结构并优化布齿,增加了切削齿数量,扩孔钻头采用圆弧形剖面,并沿切削剖面布齿,增大了切削自由面。针对两种钻头进行了现场应用,现场应用证明,新型PDC定向钻头受控性好,钻进稳定,在中硬地层钻进效率和寿命显著提高,是普通单齿式钻头的2倍,新型扩孔钻头能够沿先导孔轨迹扩孔钻进,钻头寿命是普通扩孔钻头的3倍以上。     

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。     

地质PDC无心钻头合理布齿的研究

合理的ＰＤＣ钻头布齿有利于及时排除岩屑、降低破岩功耗、提高钻进效率、保证切削齿等磨损、延长钻头使用寿命。论文针对较小直径内地质钻头特点，论述了ＰＤＣ无心钻头布齿理论和布齿方式，建立了切削齿布置密度及布置数量的经验公式，对钻头优化设计有着指导意义。     

基于混合布齿技术的新型PDC钻头设计与应用

为了提高PDC钻头在大庆地区调整井作业的机械钻速,并降低钻头制造成本,创新性地将混合布齿技术应用于PDC钻头个性化设计,针对混合布齿技术特点进行了合理的钻头冠部形状设计、切削结构设计和水力结构设计。结合目前胎体PDC钻头的制造工艺,设计制造了基于混合布齿技术的新型Φ215.9mm PDC钻头,相较于同尺寸常规钻头,单只钻头制造成本降低了721元。新型钻头在大庆地区南2区块进行了现场应用,钻头平均机械钻速38.6m/h,与常规钻头相比,提高了1.2m/h。     

国际油气井钻头进展概述(四)——PDC钻头发展进程及当今态势(下)

近年来,非平面PDC切削齿,如浅凹面PDC齿、Stinger毒牙中心锥形齿、Stinger毒牙刀翼锥形齿、Axe Blade斧式脊形PDC齿和Stay Cool保持冷却PDC齿等制造的钻头,逐步在油气钻井中得到有效的应用。这些钻头能够以较高的钻进效率和工作寿命钻进某些硬岩和研磨性地层。为了满足水平钻井,特别在页岩气水平井中能够强力排除岩屑,并具有优良的钻井导向性能,国际著名公司推出了许多新型钻头,如ONXYⅡ矛式PDC钻头、Seeker导向PDC钻头、Counter Force反力PDC钻头、Speed快速PDC钻头等用于当代油气钻井,取得了良好的效果。文章还介绍了Defyer DPA套管钻头与Cutt Pro PDC防剪切保护帽。提出了以下建议:继续深入研究PDC钻头,以提高其性能,更好地满足油气钻井的要求;组合化钻头是油气钻头发展的重要趋势;比金刚石性能更好的钻头切削材料有可能今后发现或合成,可用于制作更佳钻井钻头;我国钻头企业需重组和发展状大;各种钻头技术创新应该加强。     

软岩钻进用新型复合片钻头的研制与应用

为提高复合片在软岩钻进中的效率及寿命,提出了改变复合片切削齿形状,运用新的布齿方式和新的保径设计,设计制造的Φ76 mmPDC钻头在软岩钻进中取得了良好的效果。详细介绍了该软岩钻头的结构设计及现场应用效果。     

石灰岩地层PDC钻头仿生PDC齿工作角优化试验研究

在仿生耦合理论的指导下,根据贝壳的表面非光滑的结构特性设计研制一种仿生PDC齿。设计PDC钻头时,主要考虑切削齿的后倾角与侧转角,二者对钻头碎岩效率有重要影响。通过理论分析仿生PDC齿在钻头的最优安装角度,并通过钻进试验来优选仿生PDC齿在钻进石灰岩的最优安装角度。试验结果表明:在相同的转速、钻压的条件下,切削齿后倾角为20°、侧转角为0°时,钻头钻速最快。此试验结果可以为石灰岩地层用PDC钻头的设计提供参考依据。     

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。     

槽形反循环PDC刮刀钻头设计与应用

针对常规反循环钻头在表层井作业施工中存在的工具面不稳定、机械钻速低、钻头使用寿命短等问题,设计了一种新型的槽型反循环PDC刮刀钻头。该钻头采用阶梯式槽型刀翼形状,对切削齿参数进行了优化设计,提高了钻头的稳定性能和机械钻速,延长了钻头的使用寿命。现场试验表明,与常规反循环钻头相比,槽型反循环PDC刮刀钻头的平均机械钻速和钻头进尺有了大幅提高,这能为钻井公司节省大量的作业成本,具有较高的推广价值。     

地质PDC取心钻头切削载荷有限元分析

通过建立钻头切削岩石的力学模型,对PDC取心钻头切削齿受力进行了分析,并对钻头切削齿切削岩石受力进行了有限元分析,得出PDC钻头在载荷下的应力应变分布,为地质PDC取心钻头的优化设计和合理使用提供了理论依据。     

四翼弧角形PDC钻头在煤矿穿层钻孔中的应用

穿层钻孔是煤矿邻近层瓦斯预抽和采空区瓦斯治理的常用手段。针对在软硬互层及硬地层穿层钻孔施工中现用三翼内凹钻头存在寿命短、钻进效率低的问题,研制了四翼弧角形PDC钻头。采用内锥线与抛物线结合的流线形布齿方式,增加了切削齿密度,实现了多轨道分层错峰碎岩;优化钻头切削倾角与侧转角,增大了切削自由面。对2种钻头进行了现场对比试验,结果表明,在穿层孔钻进中四翼弧角形钻头钻进稳定,寿命提高3.74倍,钻进效率提高33%,各切削齿均匀同步磨损,钻头失效形式优于三翼内凹钻头。     

矿用牙轮钻头布齿的数学模型

根据矿用牙轮钻头的布齿原则，利用坐标变换的方法，建立了生成原理图的数学模型，并开发了相应的CAD软件。该软件还可进行覆盖系数分析，提供优化布齿的依据