混合钻头切削齿工作部位几何面离散化研究

为更好地研究混合钻头的性能，分析混合钻头与岩石相互作用机制，使用C#语言对混合钻头牙齿的几何表面进行离散化，再将离散化得到的数据导入MATLAB软件生成模型。结果表明：用离散点绘制的牙齿模型与牙齿的三维实体模型基本一致，牙齿离散化的可行性和准确度非常高。切削齿工作部位几何面离散化有利于改进牙齿设计，优化钻头结构，从而提高破岩效率，为后续钻头的工作行为研究及钻头与岩石相互作用的研究提供参考。     

指向式旋转导向工具面角度精确控制与优化

指向式旋转导向工具关键性功能是实现快速、平稳地调整钻井工具面,并在存在外部干扰的情况下维持工具面角度精确控制。为了实现指向式旋转导向系统对钻头工具面的调整,对该系统偏置机构内外偏心环的旋转角度与钻头偏转角、工具面角的关系进行了理论公式的推导,得出在确定钻头偏转角和工具面角后,内外偏心环运动轨迹的求解公式,利用软件对运动轨迹公式编程,以求解内外偏心环的运动轨迹以及对运动轨迹进行优选,以快速实现调整目标工具面的运动轨迹,缩短内外偏心环的调整时间,提高系统工作效率;使用三维建模软件Creo建立指向式旋转导向工具的几何模型,并将其导入到ADAMS软件中进行运动轨迹的仿真,仿真结果与理论值误差小于2%,验证了推导的内外偏心环运动轨迹方程的可行性与运动轨迹优选程序的实用性。研究结果可为通过工具面对钻头精确控制提供一定的指导。     

牙轮钻头单金属密封性能分析及结构创新

针对石油钻采过程中牙轮钻头密封易失效的问题，在ANSYS Workbench软件中建立单金属密封模型并进行有限元分析，研究其预装配以及环境压力2个载荷步下的整体密封状态。分析不同环境压力、装配位移、O形圈硬度、静环尺寸等重要参数对动密封面以及橡胶圈表面接触压力的影响。数值模拟结果表明：动密封面接触压力呈线性分布，保证了良好的内外压差；橡胶圈两侧接触压力为33 MPa，支撑环处接触压力达到37 MPa，满足密封要求。为改善静环外侧易磨损导致密封失效的问题，对静环和支撑环结构进行创新，增加O形圈与支撑环之间的接触面积。结果表明：新结构的动密封面接触压力呈矩形分布，在保证了密封效果的前提下解决了静环易变形磨损的问题；静环支撑环之间的接触压力由37 MPa提高至55 MPa，同时增加了静环底部接触面的接触压力，有效地提高了单金属的密封性能。