PDC鉆頭數(shù)值模擬技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展,但是由于實驗條件及計算機資源的限制,還未發(fā)現(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行精細(xì)網(wǎng)格下的全鉆頭破巖載荷測試、數(shù)值模擬及載荷分析研究。本文一方面針對PDC單齒及全鉆頭破巖數(shù)值模擬有限元模型、本構(gòu)模型、模擬結(jié)果精度進(jìn)行了對比研究,探索不同建模方法對數(shù)值模擬效率的影響；另一方面通過有限元建模計算得到PDC鉆頭切削破巖時各主切削齒的受力情況,并且對PDC鉆頭切削齒的磨損趨勢做出了預(yù)測。首先,利用ABAQUS有限元分析軟件,針對Mohr-Coulomb模型和Drucker Prager模型,對比研究了前傾角、側(cè)轉(zhuǎn)角、牙齒尺寸等參數(shù)影響下的切削力、軸向力等力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律,仿真結(jié)果與實驗結(jié)果對比表明,Mohr-Coulomb模型對結(jié)果造成的誤差略大于Drucker Prager模型,但是其計算效率是后者的3.1倍,該模型有助于縮短PDC全鉆頭破巖的數(shù)值模擬的仿真時間。在PDC單齒破巖數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上建立PDC單刀翼切削齒破巖的數(shù)值模擬,分析結(jié)果表明：單刀翼上由鉆頭靠近心部和外肩的切削齒受到的扭矩較小,在兩者直接靠近刀翼鼻部位置的切削齒受到的扭矩最大,靠近鉆頭心部的切削齒受到的軸... 

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
目錄
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的內(nèi)容
    1.4 研究創(chuàng)新點及技術(shù)路線
第2章 PDC鉆頭破巖數(shù)值模擬理論及建模方法
    2.1 PDC鉆頭破巖機理
        2.1.1 PDC鉆頭簡介
        2.1.2 PDC鉆頭的破巖機理
    2.2 PDC鉆頭幾何學(xué)
        2.2.1 PDC齒的方位空間
        2.2.3 PDC鉆頭的坐標(biāo)系統(tǒng)
        2.2.4 PDC鉆頭幾何學(xué)基本方程
        2.2.5 PDC鉆頭切削齒受力分析
    2.3 巖石的彈性階段本構(gòu)關(guān)系的研究
    2.4 巖石的塑性階段強度準(zhǔn)則與屈服準(zhǔn)則
        2.4.1 最大拉應(yīng)變準(zhǔn)則
        2.4.2 莫爾庫倫(Mohr-Coulomb)強度理論
        2.4.3 德魯克—普拉格(Drucker-Prager)屈服準(zhǔn)則
    2.5 PDC鉆頭切削單元及全鉆頭破巖模擬建模方法研究
        2.5.1 PDC單齒破巖數(shù)值模擬模型的建立
        2.5.2 PDC單刀翼破巖數(shù)值模擬模型的建模
        2.5.3 PDC鉆頭破巖數(shù)值模擬模型的建模
    2.6 本章小結(jié)
第3章 PDC鉆頭切削單元破巖實驗及數(shù)值模擬研究
    3.1 巖石力學(xué)參數(shù)實驗研究
        3.1.1 巖石參數(shù)測試實驗的方法與條件
        3.1.2 PDC齒切削載荷測試原理
        3.1.3 PDC齒切削載荷的測試實驗
    3.2 數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比
        3.2.1 PDC單齒切削砂巖結(jié)果的對比
        3.2.2 PDC單齒切削灰?guī)r結(jié)果的對比
        3.2.3 PDC單齒切削白云巖結(jié)果的對比
    3.3 PDC單刀翼切削砂巖數(shù)值模擬結(jié)果
        3.3.1 PDC單刀翼破巖數(shù)值模擬結(jié)果
        3.3.2 數(shù)據(jù)的提取及解析模型計算方法
    3.4 本章小結(jié)
第4章 PDC全鉆頭破巖實驗及數(shù)值模擬研究
    4.1 PDC鉆頭破巖實驗
        4.1.1 PDC鉆頭破巖載荷測試原理
        4.1.2 PDC鉆頭破巖載荷的測試實驗
    4.2 數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比
        4.2.1 PDC鉆頭切削灰?guī)r結(jié)果的驗證
        4.2.2 PDC鉆頭切削紅砂巖結(jié)果的驗證
    4.3 PDC鉆頭破巖各主切削齒的載荷分析
        4.3.1 某616鉆頭切削灰?guī)r的數(shù)值模擬結(jié)果
        4.3.2 磨損趨勢的預(yù)測及對比
    4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 研究成果
    5.2 存在的問題及展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]PDC鉆頭切削齒破巖仿真與試驗分析[J]. 鄧敏凱,伍開松,胡偉.  石油機械. 2014(01)
[2]橢圓形與圓形PDC齒破巖有限元仿真對比分析[J]. 伍開松,鄧敏凱,楊迎新.  石油機械. 2011(05)
[3]PDC鉆頭鉆進(jìn)仿真系統(tǒng)數(shù)字化方法研究[J]. 任海濤,楊迎新,陳煉,閆靜,周春曉.  西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(05)
[4]ABAQUS軟件在彈性滑移支座非線性有限元分析中的應(yīng)用[J]. 王璐,歐瑾,王曙光,劉偉慶.  南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2010(04)
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[6]PDC鉆頭破巖的動態(tài)數(shù)值模擬[J]. 陳勇,萬教育,趙子仁,鐘智慧.  新疆石油天然氣. 2009(03)
[7]PDC鉆頭切削齒工作區(qū)域及切削量的分析理論和計算方法[J]. 田豐,楊迎新,任海濤,陳煉,況雨春,林敏.  鉆采工藝. 2009(02)
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[10]循環(huán)荷載作用下巖石阻尼特性的試驗研究[J]. 劉建鋒,謝和平,徐進(jìn),楊春和.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2008(04)

碩士論文
[1]底礫巖地層PDC鉆頭損壞機理及鉆頭優(yōu)化設(shè)計研究[D]. 孔棟梁.中國石油大學(xué) 2011
[2]PDC齒切削載荷的測試與分析[D]. 石志明.西南石油大學(xué) 2006
[3]PDC鉆頭與巖石互作用過程的計算機仿真[D]. 肖仕紅.西南石油學(xué)院 2004



本文編號：3654863