PDC钻头水力结构优化设计研究

在PDC钻头工作过程中，钻井液对钻头体表面的冲洗、冷却和润滑是保证钻头正常工作的一个非常重要的条件。对PDC钻头而言，水力结构（主要是中心水眼和冠部水道）设计的重要性尤其突出。以前,对钻头水力系统研究只能通过实验的方法进行,研究周期长、成本高、结构调整不方便，而数值模拟的方法在几年前还不成熟，甚至静态的复杂结构流场问题基本无法解决。为此，在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上，对PDC钻头的三维流场进行了数值模拟。模拟中考虑了钻头的喷嘴布置位置、直径、数量以及切削齿对流场的影响。计算结果表明，原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足，以此为基础进行了水力结构的优化设计。文中的研究成果成功地应用在新型钻头水力结构的设计中，研究方法为PDC钻头水力结构优化分析奠定了理论基础。     

三牙轮钻头几何学仿真与MATLAB的实现

在钻头几何学的基础上,通过MATLAB编程,建立了三牙轮钻头计算机仿真几何结构模型,获得了仿真模型的三维实体图形,模型真实地反映了钻头上各个牙齿的形状、大小和位置。结果表明,通过MATLAB编程来实现三牙轮钻头的几何仿真模型的建立,程序简单,结果可靠。这些研究成果为在MATLAB环境下进行牙齿的运动仿真和钻头与岩石互作用仿真研究提供了正确可靠的模型基础。     

仿真技术在井底钻具组合受力与变形中的应用

文章根据力学原理，运用纵横弯曲法，分析井底钻具组合受力与变形，建立仿真模型，利用计算机强大的数学计算功能，进行计算机仿真，在油气田开发中优化钻具组合，加快工作进度。     

CFD在PDC钻头水力结构优化设计中的应用

PDC钻头水力结构优化设计的目的在于有效地清除井底岩屑和冷却牙齿,用计算流体动力学(CFD)方法,对其在PDC钻头水力结构优化设计中的应用进行了阐述。在提出PDC钻头水力结构优化设计原则的基础上,对φ311·2mm(1241)英寸GS605P型PDC钻头的三维流场进行了数值模拟,发现原设计在喷嘴布置位置和喷射角度上存在不足,以此为基础进行了水力结构的优化设计。事实证明,利用计算流体动力学技术,优化PDC钻头的水力结构设计是一种经济而有效的手段。     

钻柱瞬态动力学失效分析

目前钻柱瞬态动力学的研究大部分处于理论阶段,计算工作量大,而且针对钻柱的动态失效分析还比较少。为此,考虑钻柱轴向力的作用,在一定条件下发生屈曲,诱发横向振动,使钻柱的一些部位与井壁碰撞,建立钻柱的动力学模型;通过ANSYS软件,用Newmark方法,分析钻柱承受任意随时间变化的钻压的动力响应,提取钻柱上的危险点。实例计算和分析结果表明,钻柱的实际断点一般都接近危险点,且断点处交变应力的变化幅度比较大,从而为钻柱的失效和断裂提供了理论依据。     

利用有限元进行BHA瞬态动力学失效分析

钻柱由于轴向力的作用,在一定条件下发生屈曲,诱发横向振动,使钻柱的一些部位与井壁碰撞,加剧套管磨损。根据钻柱的实际工作情况,建立钻柱韵动力学模型;通过ANSYS软件,用Newmark方法进行分析,提取钻柱上的危险点。结果表明,钻柱的实际断点一般都接近危险点,且断点处交变应力的变化幅度比较大,说明分析方法是有效的,同时,也为钻柱的失效提供了理论依据。     

钻头地层适应性评价及选型理论研究

钻头类型的选择对提高钻井速度、降低钻井成本有重要的意义。在总结国内外选型方法的基础上,分析了目前普遍采用的基于邻井测井数据计算岩石力学性质并指导钻头选型的理论方法和软件。阐述了2类选型方法的理论模型:①根据测井资料解释岩石力学性质,基于钻头的地层适应性关系,采用规则约束建立专家系统,进行钻头特征及型号推荐;②基于钻头使用数据建立仿真模型,利用仿真虚拟钻进对不同钻头的钻井成本进行对比并选型。在比较国外目前较为成熟的3种选型软件的基础上,指出国内进行钻头选型研究的必要性,并提出适用的选型理论及软件实现方法。     

山前构造带推覆体段岩石力学实验及钻头选型

在钻遇山前构造推覆体段以花岗岩为主的岩石时，极易发生钻具断损及钻头磨损加剧的情况。文章在通过岩石力学实验分析山前构造的地层岩性特征的基础上，论述了钻具断损与钻头选型的关系。并进行了两种牙轮钻头钻进的室内实验研究。实验结果表明，不同的钻头选型将直接影响钻柱振动的强弱，采用合适的钻头型号将减轻井下事故的产生。以城二井钻头使用效果为实例，建议钻头选型要尽量降低钻头对钻柱振动影响的要求，对焉耆盆地推覆体花岗岩进行钻头选型，在311 mm井段，根据岩石性质推荐的HJ637和减小钻头振动的要求，推荐使用HJT637G的钻头较合适。     

单牙轮钻头井底切削仿真分析

单牙轮钻头在小井眼钻井中具有良好的经济效益，本文通过在单牙轮钻头上分别建立钻头坐标系，牙轮坐标系及牙齿坐标系，建立起单牙轮钻头井底切削仿真模型。用计算机绘制出反映单牙轮钻头结构参数和钻井参数的井底轨迹和井壁刮痕，对单牙轮钻头的设计和钻井参数选取具有重要意义。     

计算机仿真技术在井底钻具组合受力与变形中的应用

采用纵横弯曲法原理,对井底钻具组合受力与变形进行计算机仿真.