【摘要】：冠部形狀是PDC鉆頭的重要組成部分。PDC鉆頭的冠部形狀決定著井底形狀,而井底形狀的不同會影響井底巖石的應力狀態(tài)分布,進而影響巖石破碎的難度。對不同井底形狀的巖石應力狀態(tài)的研究可以為冠部形狀的優(yōu)化提供指導。本文創(chuàng)新性地從井底形狀與井底不同部位巖石的破碎應力的關系入手,系統(tǒng)地闡述了PDC鉆頭冠部形狀優(yōu)化設計理論,提出了一般的冠部形狀可以用典型冠部形狀(魚尾型、炮彈型和平底型)組合的形式擬合得到的觀點,并以巖石可破碎強度來表征井底應力分布情況。運用LS-DYNA有限元模擬軟件對單齒、單刀翼和單排齒的巖石破碎過程進行了模擬,得到了不同巖性條件下,切削角度、切削深度、切削速度對巖石可破碎強度的影響規(guī)律,以及典型井底形狀的巖石可破碎強度分布規(guī)律。本文通過建立巖石可破碎強度與井底形狀的表達式,提出了PDC鉆頭冠部形狀優(yōu)化設計模型。本文開拓了鉆頭冠部設計的研究思路,推動了破巖理論的發(fā)展。
【圖文】：

圖 1.1 切削齒與巖石作用模型Fig. 1.1 Interaction model of cutting tooth and rocknes Yilmaz[13]認為采用剪切破壞、拉伸破壞的巖石破壞模型分誤差，為了回避切削齒和巖石之間力的作用關系，其采用線削力，得到了切削力的計算公式，但其結果存在一定的局限內適用。，為了計算和分析問題的便利，，在理論推導時，會對模型進行度上導致了推導出的數(shù)學模型會與實際情況存在一定的差距來的誤差，在近些年的研究中，國內外學者紛紛開始采用室 鉆頭與巖石相互作用的規(guī)律進行研究，得到了更加準確的結[14]在室內進行了 PDC 切削齒破碎泥巖和頁巖的實驗，實驗 切削齒破碎巖石過程中，切削力的變化不是平穩(wěn)的，會存在一幅度和頻率都會隨著切削深度的增加而增加。②切削深度對一定的影響，隨著切削深度的不斷增加，切削齒受到的軸向

中國石油大學（北京）碩士學位論文應力等因素的井底巖石的流-固耦合模型（如圖 1.2），底壓差對井底巖石應力狀態(tài)的影響進行了分析。其模的作用下，可以將井底巖石分為 3 個不同的應力區(qū)域離井底中心 0.3r，垂直方向距離中 0.1r 的范圍內，巖巖石容易破碎，故稱為易破碎區(qū)；②在徑向方向直方向距離中 0.1r 的范圍內，巖石受拉應力和壓應力破碎區(qū)；③在徑向方向距離井底中心 0.8r~r，垂直方石受三向壓應力，巖石很難破碎，稱為難破碎區(qū)。對于一定程度上為了 PDC 鉆頭冠部形狀的優(yōu)化提供了新的
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE921.1

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本文編號：2625948