本文關(guān)鍵詞：沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭及工具技術(shù)研究

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【摘要】：目前,油氣井用常規(guī)鉆頭難以適應(yīng)深部復(fù)雜難鉆地層。PDC鉆頭在硬地層、高塑性致密地層中,PDC切削齒難以吃入巖層且磨損嚴(yán)重。沖旋鉆頭因沖擊切削齒易失效、能量利效率低等缺點(diǎn)而導(dǎo)致其破巖效率相對(duì)較低,適用巖層范圍較窄。相比于氣動(dòng)沖擊器,液動(dòng)沖擊器對(duì)深井不敏感,有較好的適應(yīng)性。沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭是一種新型破巖工具,其融合了PDC鉆頭優(yōu)越切削、連續(xù)刮擦和沖旋鉆頭持續(xù)沖擊破巖的優(yōu)勢(shì)。新型復(fù)合鉆頭搭配沖擊器使用,將顯著提高PDC切削齒吃入巖石的能力,能減緩切削齒的磨損速率,是解決深部難鉆地層鉆進(jìn)效率低等問(wèn)題的有效手段之一。本文重點(diǎn)開(kāi)展了沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭及配套沖擊器技術(shù)研究。主要研究工作主要包括：1、在介紹常規(guī)PDC鉆頭和沖旋鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和失效形式等內(nèi)容的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、破巖機(jī)理的研究；2、開(kāi)展了沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭設(shè)計(jì)原理和方法的研究,具體包括：復(fù)合鉆頭切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、防空打機(jī)構(gòu)和限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法等；3、開(kāi)展了沖擊切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和方法的研究,具體包括：沖頭周向位置匹配設(shè)計(jì),沖擊切削齒的布齒密度設(shè)計(jì),沖擊切削齒與PDC切削齒的空間位置協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)等；4、開(kāi)展了配套工具(即液動(dòng)沖擊器)結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)研究。具體包括：提出沖錘節(jié)流環(huán)式液動(dòng)沖擊器的設(shè)計(jì)方案,開(kāi)展配套液動(dòng)沖擊器運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ)的研究,建立了動(dòng)力學(xué)模型,并編制計(jì)算仿真程序分析影響液動(dòng)沖擊器性能的水力參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)；5、針對(duì)設(shè)定的地層參數(shù),完成了一只直徑為215.9mmm復(fù)合鉆頭產(chǎn)品案例設(shè)計(jì)。復(fù)合破巖工具以刮切破巖為主,沖擊破巖為輔,在難鉆地層中鉆進(jìn)具有較好的潛力。本文基礎(chǔ)研究的成果,可為新型復(fù)合破巖工具實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的制造加工、產(chǎn)品的推廣應(yīng)用提供一定技術(shù)支撐和參考。
【關(guān)鍵詞】：PDC鉆頭 沖切 復(fù)合鉆頭 沖擊器
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TE921
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究的背景與意義9-10
• 1.2 復(fù)合鉆頭和切削新技術(shù)研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 貝殼休斯公司新型技術(shù)10-11
• 1.2.2 史密斯公司新型技術(shù)11-13
• 1.2.3 其他國(guó)外復(fù)合工具新技術(shù)13-14
• 1.2.4 國(guó)內(nèi)復(fù)合鉆頭研制工作14-15
• 1.3 液動(dòng)沖擊器配合油氣鉆井用鉆頭技術(shù)使用情況15-16
• 1.3.1 周向沖擊器配合鉆頭鉆井技術(shù)15
• 1.3.2 軸向沖擊器配合鉆頭鉆井技術(shù)15-16
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.5 研究技術(shù)路線17-18
• 第2章 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及破巖機(jī)理18-26
• 2.1 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理18-20
• 2.1.1 PDC鉆頭結(jié)構(gòu)18
• 2.1.2 PDC鉆頭工作原理18-19
• 2.1.3 PDC鉆頭特點(diǎn)19
• 2.1.4 PDC鉆頭失效形式19-20
• 2.2 沖旋鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理20-22
• 2.2.1 沖旋鉆頭結(jié)構(gòu)20-21
• 2.2.2 沖旋鉆頭工作原理21
• 2.2.3 沖旋鉆頭特點(diǎn)21-22
• 2.2.4 沖旋鉆頭失效形式22
• 2.3 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及破巖機(jī)理22-25
• 2.3.1 復(fù)合PDC鉆頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22-23
• 2.3.2 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭的破巖機(jī)理23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭設(shè)計(jì)原理與方法研究26-55
• 3.1 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭設(shè)計(jì)方法研究的必要性26
• 3.2 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭坐標(biāo)系統(tǒng)26-28
• 3.2.1 鉆頭圓柱坐標(biāo)系26
• 3.2.2 切削齒的空間方位26-27
• 3.2.3 切削齒工作角度27-28
• 3.3 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭切削結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法28-45
• 3.3.1 復(fù)合PDC鉆頭徑向匹配28-34
• 3.3.2 復(fù)合PDC鉆頭周向匹配34-38
• 3.3.4 固定切削結(jié)構(gòu)齒型選擇38
• 3.3.5 固定切削結(jié)構(gòu)和沖擊切削結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)方法38-45
• 3.4 復(fù)合PDC鉆頭水力結(jié)構(gòu)45-46
• 3.5 沖擊切削齒選型與設(shè)計(jì)研究46-50
• 3.5.1 油氣井用硬質(zhì)合金齒46
• 3.5.2 齒型研究的必要性46-47
• 3.5.3 新型齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-49
• 3.5.4 齒型研究方法概述49
• 3.5.5 復(fù)合鉆頭沖擊齒選用建議49-50
• 3.6 防空打機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)50-52
• 3.6.1 防空打機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必要性50
• 3.6.2 防空打機(jī)構(gòu)常規(guī)設(shè)計(jì)50-51
• 3.6.3 復(fù)合鉆頭防空打機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)51-52
• 3.7 限位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)52-54
• 3.8 本章小結(jié)54-55
• 第4章 配套沖擊器結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)研究55-77
• 4.1 配套液動(dòng)沖擊器方案設(shè)計(jì)55-60
• 4.1.1 氣動(dòng)沖擊器的局限性55-56
• 4.1.2 配套液動(dòng)沖擊器整體方案設(shè)計(jì)56-59
• 4.1.3 配套液動(dòng)沖擊器工作原理59
• 4.1.4 配套液動(dòng)沖擊器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)59-60
• 4.2 配套液動(dòng)沖擊器運(yùn)動(dòng)理論基礎(chǔ)與動(dòng)力學(xué)模型60-68
• 4.2.1 流體力學(xué)理論基礎(chǔ)61-63
• 4.2.2 液動(dòng)沖擊器工作階段劃分63-64
• 4.2.3 液動(dòng)沖擊器動(dòng)力模型的建立64-68
• 4.3 配套液動(dòng)沖擊器性能分析68-76
• 4.3.1 液動(dòng)沖擊器工作性能參數(shù)68-69
• 4.3.2 沖擊系統(tǒng)MATLAB仿真計(jì)算69-71
• 4.3.3 液動(dòng)沖擊器主要參數(shù)分析71-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 第5章 復(fù)合PDC鉆頭及工具產(chǎn)品案列設(shè)計(jì)與分析77-89
• 5.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)路線77-78
• 5.2 復(fù)合鉆頭結(jié)構(gòu)78-87
• 5.2.1 固定切削結(jié)構(gòu)78-80
• 5.2.2 沖擊切削結(jié)構(gòu)80-81
• 5.2.3 固定切削結(jié)構(gòu)與沖擊切削結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性81-82
• 5.2.4 復(fù)合PDC鉆頭水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案82-87
• 5.3 配套液動(dòng)沖擊器87-88
• 5.4 沖切分離式復(fù)合PDC鉆頭及工具產(chǎn)品88
• 5.5 本章小結(jié)88-89
• 第6章 總結(jié)89-91
• 6.0 主要研究成果89-90
• 6.1 創(chuàng)新點(diǎn)90
• 6.2 存在問(wèn)題及展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-95
• 附錄95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果96

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