本文關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)沖擊PDC鉆頭的破巖機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究　出處：《東北石油大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著所鉆的深井和超深井?dāng)?shù)量的不斷增加,鉆進(jìn)中所遇到的情況更復(fù)雜,破巖難度大,這使得鉆井過程中普遍存在周期長(zhǎng)、鉆速慢、成本高等問題,破巖技術(shù)是油氣鉆井技術(shù)的核心內(nèi)容,破巖效率的高低對(duì)油田勘探開發(fā)速度和成本起著決定性作用,如何通過科學(xué)手段來完善高效破巖技術(shù),變得勢(shì)在必行。PDC鉆頭具有破巖效率高、鉆速快、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)鉆井中,但到目前為止,有些理論研究仍未與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐進(jìn)行很好的結(jié)合。為了進(jìn)一步擴(kuò)大PDC鉆頭應(yīng)用范圍,實(shí)現(xiàn)鉆頭的更加科學(xué)設(shè)計(jì),論文開展了扭轉(zhuǎn)沖擊作用下PDC鉆頭破巖機(jī)理的研究工作。本論文采用理論分析以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的方法,進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)沖擊PDC鉆頭破巖機(jī)理的研究工作。具體內(nèi)容如下:1.建立了簡(jiǎn)化鉆井系統(tǒng)模型,對(duì)PDC切削齒侵入巖石過程進(jìn)行分析,得到了鉆頭鉆進(jìn)過程中的邊界條件與控制條件,對(duì)扭轉(zhuǎn)沖擊PDC鉆頭的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了解釋。2.建立了圍壓作用下切削片狀模型,對(duì)切削齒尖端進(jìn)行受力分析,考慮多種參數(shù)的作用,得到了圍壓作用下切向力及軸向力公式,同時(shí)將金屬切割學(xué)的知識(shí)考慮進(jìn)模型中,提出了一個(gè)新的理論—碎屑球帶形態(tài)理論,將碎屑球帶形態(tài)與井底間的摩擦作用及帶狀切屑與碎屑球之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力考慮進(jìn)模型中,得到新的切向力及軸向力公式。3.從單齒切削二維簡(jiǎn)圖入手,同時(shí)將剪切面在巖石上的投影假設(shè)為橢圓形,建立了單齒的巖石切削體積模型,得到了PDC齒切削體積的公式,同時(shí)對(duì)PDC單齒切削效率進(jìn)行了重新定義。4.利用扭轉(zhuǎn)沖擊破巖系統(tǒng),針對(duì)不同巖性巖石,模擬扭轉(zhuǎn)沖擊條件下PDC鉆頭鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探尋了單因素對(duì)于鉆頭鉆速的影響,同時(shí)對(duì)模型中涉及到的切削齒尺寸、后傾角對(duì)破巖效率的影響規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證,最后,給出了鉆頭選用的一些基本原則。
[Abstract]:With the continuous increase of the number of deep wells and ultra-deep wells, the situation encountered in drilling is more complex and difficult to break rock, which makes the drilling process generally exist problems such as long cycle, slow drilling speed, high cost and so on. Rock breaking technology is the core content of oil and gas drilling technology. Rock breaking efficiency plays a decisive role in exploration and development speed and cost of oil field. PDC bit has the advantages of high rock breaking efficiency, fast drilling speed, long life, stable performance and so on. It has been widely used in field drilling in the world, but up to now. Some theoretical studies have not been well combined with field practice. In order to further expand the scope of application of PDC bit and realize more scientific design of bit. In this paper, the rock breaking mechanism of PDC bit under torsional impact is studied. The method of theoretical analysis and laboratory experiment is used in this paper. The rock breaking mechanism of torsional impact PDC bit is studied. The concrete contents are as follows: 1. A simplified drilling system model is established and the process of PDC cutting teeth invading into rock is analyzed. The boundary conditions and control conditions during bit drilling are obtained, and the motion state of torsional impact PDC bit is explained. 2. The cutting flake model under confining pressure is established. The forces on the tip of the cutting teeth are analyzed and the formulas of tangential force and axial force under confining pressure are obtained considering the effects of various parameters. At the same time, the knowledge of metal cutting is taken into account in the model. In this paper, a new theory, the theory of clastic ball-shape, is proposed, in which the friction between the ball-shape and the bottom hole and the friction force between the band-shaped chip and the clastic sphere is taken into account in the model. A new formula of tangential force and axial force is obtained. Starting with the two-dimensional schematic diagram of single tooth cutting, and assuming that the projection of shear plane on rock is elliptical, a single tooth rock cutting volume model is established. The formula of cutting volume of PDC teeth is obtained, and the cutting efficiency of PDC single tooth is redefined .4.Using torsional impact rock breaking system, aiming at different lithologic rocks. The experiment of PDC bit drilling under torsional impact condition is simulated. The experimental data are analyzed and the influence of single factor on bit drilling speed is explored. At the same time, the cutting tooth size involved in the model is also discussed. The effect of the inclination angle on the rock breaking efficiency is verified. Finally, some basic principles of bit selection are given.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE921.1

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本文編號(hào)：1418144