棱锥齿-半抛齿物探钻头的设计及破岩仿真

作     者：黄志强 周操 马亚超 谢豆 朱晶 王德贵 HUANG Zhi-qiang;ZHOU Cao;MA Ya-chao;XIE Dou;ZHU Jing;WANG De-gui

作者机构：西南石油大学机电工程学院四川成都610500 中国石油天然气集团公司宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721002 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(51974272) 国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51904263) 中国石油天然气集团有限责任公司“十三五”重大科技项目(2019A-3908) 

出 版 物：《工程设计学报》 (Chinese Journal of Engineering Design)

年 卷 期：2021年第28卷第5期

页      码：662-670页

摘      要：在川渝地区复杂难钻地层的钻井勘探中,常规物探钻头存在破岩效率低、钻进速度慢、钻头使用寿命短、作业成本高等不足。因此,设计了棱锥齿和半抛齿两种新型硬质合金齿,并结合这2种齿的结构和工程实际设计了棱锥齿-半抛齿物探钻头,在钻头中间端面布置棱锥齿,边缘锥面均匀布置半抛齿。分析了棱锥齿和半抛齿的破岩机理,并采用有限元仿真方法,开展了棱锥齿与锥形齿、半抛齿与球形齿破岩的对比研究。结果表明:在冲击载荷和钻压作用下,相比于锥形齿,棱锥齿在岩石内部产生的应力更为集中;相比于球形齿,半抛齿切削刃切削挤压岩石时,在接触区域产生的应力更为集中;棱锥齿和半抛齿更容易破碎岩石,其破岩效率得到提高。开展了棱锥齿-半抛齿物探钻头和常规物探钻头的破岩仿真。结果表明:与常规物探钻头相比,棱锥齿-半抛齿物探钻头的钻进速度提升了38.3%,钻头的轴向加速度波动幅度减小了13%。研究结果可为棱锥齿-半抛齿物探钻头的研发提供理论支撑。

主 题 词：棱锥齿 半抛齿 物探钻头 破岩机理 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 082001[082001] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 081102[081102] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.3785/j.issn.1006-754X.2021.00.068

馆 藏 号：203105899...