牙轮-PDC混合钻头的破岩特性及温度场变化

作     者：吴泽兵 吕澜涛 王勇勇 潘玉杰 张帅 WU Zebing;LYU Lantao;WANG Yongyong;PAN Yujie;ZHANG Shuai

作者机构：西安石油大学机械工程学院 

基　　金：陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究及性能评估方法”(编号:2018KW-12) 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2020年第40卷第3期

页      码：99-106页

摘      要：较之于常规的PDC钻头或牙轮钻头,牙轮-PDC混合钻头有着更好的破岩效果,其破岩过程产生的热量对其使用寿命和钻井效率都有着重要的影响,但目前对其破岩过程中温度场和破岩特性的研究还不够深入。为了给混合钻头的优化和推广提供理论支撑,基于有限元法、弹塑性力学等建立钻头破岩仿真模型,据此研究了破岩过程中的混合钻头温度场变化规律和破岩特性。研究结果表明:(1)牙轮主导型混合钻头破碎岩石时牙轮切削结构先冲击岩石,形成破碎坑,PDC切削齿再进行剪切,而PDC主导型混合钻头由PDC切削齿对岩石进行刮切形成沟槽,牙轮切削齿再对岩石进行破碎;(2)混合钻头在破岩初始阶段温度上升较快,一段时间后趋于平稳且钻压越大温度越高;(3)较之于PDC钻头和牙轮钻头,混合钻头破岩过程中温度更低,混合钻头破岩量大于单个PDC钻头和单个牙轮钻头破岩总量之和;(4)混合钻头在硬地层中的破岩温度高于在软地层中的破岩温度,而钻速则相反;(5)钻头破岩温度和破岩特性与其自身结构有关。结论认为,该研究成果有助于混合钻头的优化设计和推广应用。

主 题 词：牙轮-PDC混合钻头 Drucker-Prager温度场 破岩特性 钻头结构 钻压 破岩量 机械钻速 

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

核心收录：

D　O　I：10.3787/j.issn.1000-0976.2020.03.012

馆 藏 号：203892192...