【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(huì)影響井底巖石的應(yīng)力狀態(tài)分布,進(jìn)而影響巖石破碎的難度。對(duì)不同井底形狀的巖石應(yīng)力狀態(tài)的研究可以為冠部形狀的優(yōu)化提供指導(dǎo)。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(yīng)力的關(guān)系入手,系統(tǒng)地闡述了PDC鉆頭冠部形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,提出了一般的冠部形狀可以用典型冠部形狀(魚(yú)尾型、炮彈型和平底型)組合的形式擬合得到的觀點(diǎn),并以巖石可破碎強(qiáng)度來(lái)表征井底應(yīng)力分布情況。運(yùn)用LS-DYNA有限元模擬軟件對(duì)單齒、單刀翼和單排齒的巖石破碎過(guò)程進(jìn)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(duì)巖石可破碎強(qiáng)度的影響規(guī)律,以及典型井底形狀的巖石可破碎強(qiáng)度分布規(guī)律。本文通過(guò)建立巖石可破碎強(qiáng)度與井底形狀的表達(dá)式,提出了PDC鉆頭冠部形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。本文開(kāi)拓了鉆頭冠部設(shè)計(jì)的研究思路,推動(dòng)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(rèn)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(guān)系，其采用線(xiàn)削力，得到了切削力的計(jì)算公式，但其結(jié)果存在一定的局限內(nèi)適用。，為了計(jì)算和分析問(wèn)題的便利，，在理論推導(dǎo)時(shí)，會(huì)對(duì)模型進(jìn)行度上導(dǎo)致了推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型會(huì)與實(shí)際情況存在一定的差距來(lái)的誤差，在近些年的研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛開(kāi)始采用室 鉆頭與巖石相互作用的規(guī)律進(jìn)行研究，得到了更加準(zhǔn)確的結(jié)[14]在室內(nèi)進(jìn)行了 PDC 切削齒破碎泥巖和頁(yè)巖的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn) 切削齒破碎巖石過(guò)程中，切削力的變化不是平穩(wěn)的，會(huì)存在一幅度和頻率都會(huì)隨著切削深度的增加而增加。②切削深度對(duì)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(guó)石油大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文應(yīng)力等因素的井底巖石的流-固耦合模型（如圖 1.2），底壓差對(duì)井底巖石應(yīng)力狀態(tài)的影響進(jìn)行了分析。其模的作用下，可以將井底巖石分為 3 個(gè)不同的應(yīng)力區(qū)域離井底中心 0.3r，垂直方向距離中 0.1r 的范圍內(nèi)，巖巖石容易破碎，故稱(chēng)為易破碎區(qū)；②在徑向方向直方向距離中 0.1r 的范圍內(nèi)，巖石受拉應(yīng)力和壓應(yīng)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(yīng)力，巖石很難破碎，稱(chēng)為難破碎區(qū)。對(duì)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(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE921.1

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本文編號(hào)：2625948