【摘要】：PDC-牙輪復合鉆頭是一種綜合了PDC鉆頭與牙輪鉆頭結構特點和工作原理的新型鉆頭,能更高效地鉆進硬地層。但由于對其破巖機理認識不足,使得PDC-牙輪復合鉆頭的研發(fā)具有盲目性,推廣受限�；趶椝苄粤W和巖石破碎學,采用Drucker-Prager準則描述巖石本構關系,塑形應變作為破巖判據(jù),通過有限元法建立全尺寸復合鉆頭和PDC鉆頭動態(tài)破巖的非線性動力學模型,分析了復合鉆頭作用下硬地層巖石的破壞機制,對比了硬地層中兩種鉆頭的動態(tài)破巖過程。結果表明:復合鉆頭鉆井能滿足井壁穩(wěn)定性的要求,然而一旦井壁失穩(wěn),井壁巖石將大塊脫落;以拉應力破巖為主是復合鉆頭在硬地層中大幅提高機械鉆速的原因之一;硬地層中復合鉆頭扭轉振動低于PDC鉆頭,破巖效率更高;由于牙輪滾動的多邊形效應,復合鉆頭沿鉆進方向對巖石的沖擊較PDC鉆頭更大,能更快鉆進硬地層。
[Abstract]:PDC- cone compound bit is a new type of bit which integrates the structure and working principle of PDC bit and cone bit, and can be used to drill into hard formation more efficiently. However, due to the lack of understanding of the rock breaking mechanism, the research and development of PDC- cone composite bit is blind and limited. Based on elastic-plastic mechanics and rock fragmentation, the constitutive relation of rock is described by Drucker-Prager criterion, and the plastic strain is used as the criterion of rock breaking. The nonlinear dynamic model of dynamic rock breaking of full-size composite bit and PDC bit is established by finite element method. The failure mechanism of hard formation rock under the action of composite bit is analyzed, and the dynamic rock breaking process of two kinds of bit in hard stratum is compared. The results show that the compound bit drilling can meet the requirements of wellbore stability, but once the shaft wall is unstable, the wall rock will fall off, and the tensile stress rock breaking is one of the reasons for greatly increasing the mechanical drilling speed of the composite bit in the hard formation. The torsional vibration of composite bit in hard formation is lower than that of PDC bit, and the rock breaking efficiency is higher. Because of polygon effect of roller rolling, the impact of compound bit along drilling direction on rock is greater than that of PDC bit, and it can drill into hard formation faster.
【作者單位】： 西南石油大學機電工程學院;長城鉆探工程有限公司鉆井二公司;
【基金】：國家科技重大專項課題項目(2008ZX05022-006)資助
【分類號】：TE921.1

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本文編號：2354449