本文關(guān)鍵詞：復(fù)合鉆頭破巖機(jī)理及設(shè)計(jì)研究　出處：《西南石油大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在石油鉆井工程中,鉆頭作為主要的破巖工具,其設(shè)計(jì)好壞在很大程度上影響了鉆井成本和鉆井效率。通常使用的鉆頭有PDC鉆頭以及牙輪鉆頭。但是隨著淺層石油的急劇減少,鉆井開始越來越多的面臨地層復(fù)雜、深井、超深井、難鉆地層,于是對(duì)鉆頭的設(shè)計(jì)及使用也提出了越來越高的要求。近些年,隨著PDC-牙輪復(fù)合鉆頭在國(guó)外鉆探現(xiàn)場(chǎng)的成功應(yīng)用,其取得的優(yōu)異鉆井?dāng)?shù)據(jù)為鉆頭的發(fā)展指明了一定的道路。對(duì)于國(guó)內(nèi),一些生產(chǎn)鉆頭的廠家也迫切希望獲得高性能和實(shí)用的復(fù)合鉆頭,從而打破國(guó)外的技術(shù)壟斷,建立起自己的復(fù)合鉆頭制造技術(shù)和體系。目前PDC-牙輪復(fù)合鉆頭作為一種新的破巖工具,在硬地層、致密地層、高研磨性地層以及定向鉆井中有著鉆井效率高、造斜穩(wěn)定、鉆頭使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。雖然國(guó)內(nèi)針對(duì)復(fù)合鉆頭開展了一些研究,并取得了一定的研究成果,但是對(duì)于復(fù)合鉆頭的破巖機(jī)理及設(shè)計(jì)技術(shù)還需要深入研究、完善。為此,本文針對(duì)復(fù)合鉆頭開展了以下研究,主要包括:1、開展了復(fù)合鉆頭牙輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究,討論了牙輪外形輪廓對(duì)牙輪速比的影響。2、針對(duì)復(fù)合鉆頭的破巖特性,開展了復(fù)合鉆頭破巖機(jī)理的仿真分析。在PDC齒前傾角分別為15°、20°、25°時(shí),研究了三種牙輪牙齒在不同侵入深度情況下,其破碎巖石形成的齒坑形狀、巖石損傷范圍對(duì)PDC齒刮切做功能耗的影響;驗(yàn)證了復(fù)合鉆頭的破巖優(yōu)勢(shì)。3、根據(jù)仿真分析,建立了牙輪牙齒的垂向壓入力和滑移刮切力模型,計(jì)算了復(fù)合鉆頭牙輪破碎巖石能耗;針對(duì)牙輪牙齒對(duì)巖石的預(yù)損傷破巖,對(duì)PDC切削齒破巖過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析,計(jì)算了 PDC齒刮切破巖所需能耗。4、提出了復(fù)合鉆頭的兩套切削結(jié)構(gòu)的復(fù)合、牙輪外形輪廓、牙齒齒型、冠部輪廓、保徑設(shè)計(jì)方法;并針對(duì)硬地層、不均質(zhì)地層以及定向鉆井對(duì)復(fù)合鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。5、根據(jù)仁頁(yè)1井身結(jié)構(gòu)和地層特性設(shè)計(jì)研制了復(fù)合鉆頭產(chǎn)品,并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),驗(yàn)證了復(fù)合鉆頭在難鉆地層中的高效破巖優(yōu)勢(shì)。本文旨在通過開展復(fù)合鉆頭破巖機(jī)理的仿真分析,從牙輪牙齒對(duì)巖石的預(yù)損傷入手,研究PDC切削齒切削力變化以及做功大小,建立兩套切削結(jié)構(gòu)做功大小模型,探尋兩套切削結(jié)構(gòu)的能量分配關(guān)系,探討復(fù)合鉆頭的設(shè)計(jì)方法,為復(fù)合鉆頭的個(gè)性化設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供參考。
【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】：2017
【分類號(hào)】：TE921.1

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本文編號(hào)：1328815