針對PDC鉆頭在鉆進致密礫巖層中磨損嚴重的問題,建立了雙切削齒PDC鉆頭簡化模型,采用Archard磨損模型并通過有限元軟件對PDC鉆頭切削齒的破巖過程進行模擬,研究了PDC鉆頭切削齒的后傾角、溫度、線速度和鉆壓對切削齒磨損量的影響規(guī)律。研究結果表明:切削齒磨損量在后傾角為15°～20°之間時增長速度平緩,在20°時達到最大值;切削齒磨損量在溫度達到300℃后增長速度迅速加快;線速度和鉆壓與鉆頭切削齒的磨損量成正比關系。最后采用正交試驗法進行敏感度分析,發(fā)現(xiàn)對鉆頭磨損量影響程度由大到小依次為線速度、切削齒后傾角、溫度和鉆壓。該研究對PDC鉆頭在礫巖層中鉆進時合理調節(jié)鉆井參數(shù)以及延長鉆頭使用壽命具有一定的指導意義。 

【文章來源】：石油機械. 2020,48(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖2 雙切削齒PDC鉆頭簡化模型

有限元網(wǎng)格模型

PDC鉆頭的磨損主要是鉆頭對巖石進行沖擊剪切破碎時造成的切削齒復合片的磨損。造成PDC切削齒的磨損主要分為內在因素和外在因素，內在因素包括切削齒自身的材料、結構及加工工藝，外在因素主要是機械載荷和溫度。機械載荷導致的磨損，從宏觀上看主要是使切削齒內部產(chǎn)生裂紋并擴展，從微觀上看主要是滑動摩擦時微小磨粒在摩擦表面造成的微觀切削、擠壓剝落及疲勞破壞等磨粒磨損，以及切削齒復合片里的聚晶金剛石顆粒脫落。工作時的溫度也會造成切削齒的硬度降低及熱磨損，從而加速鉆頭磨損[7]。目前使用廣泛并經(jīng)過試驗驗證的磨損計算模型主要是以英國J.F.ARCHARD教授為代表的Archard模型[8]。Archard磨粒磨損[9]理論模型如圖1所示。假設磨粒為圓錐體，半角為θ，壓入深度為h，則壓入部分投影面積A為:


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