高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

作     者：王大勇 马红滨 李欣龙 熊超 史怀忠 黄中伟 赫文豪 Wang Dayong;Ma Hongbin;Li Xinlong;Xiong Chao;Shi Huaizhong;Huang Zhongwei;He Wenhao

作者机构：海洋石油工程股份有限公司 中国石油集团西部钻探工程有限公司 中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院 中国石油大学(北京)高端油气装备智能设计与制造研究中心 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目“PDC钻头锥形齿与平面齿协同破碎深部硬岩机理研究”(52304014) 中国博士后科学基金项目“低温射流辅助异形PDC齿破碎干热岩机理研究”(2023M733873) 中国石油大学(北京)科研基金项目“高温高压下锥形齿-平面齿混合切削花岗岩机理研究”(2462023SZBH003) 北京高校卓越青年科学家计划资助项目“新型射流提高深部地热钻井速度基础研究”(BJJWZYJH01201911414038) 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2024年第52卷第7期

页      码：36-44页

摘      要：深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。

主 题 词：高压水射流 锥形PDC齿 联合破岩 花岗岩 切削力 破岩特性 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 082001[082001] 08[工学] 

D　O　I：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.07.005

馆 藏 号：203128747...