摘要：以川渝地区油气田现场空气钻井用潜孔钻头为模拟对象,根据实体模型、底部包络面和实钻井眼建立流场模型,采用RNG k-ε方程作为气相湍流模型,用拉格朗日粒子追踪法描述固相,进行潜孔钻头的旋流场数值模拟。研究结果表明:气相在喷嘴出口形成的扇形面积小,未完全覆盖钻齿,钻齿处岩屑携带效率低;转盘转速对井底流场影响很小;钻头中心区域和切削结构中部(径向狭长区域)存在回流;流量分配不均和回流影响携岩效率和钻进速度;借鉴PDC钻头水力结构的设计思路,在潜孔钻头每个切削结构中心位置增加1个喷孔,在潜孔钻头中心增1个中心喷孔,发现改进后钻齿上分配的气量明显增加,过流流速增大,钻头中心区域回流现象基本消除,改进后结构有利于及时清除岩屑,减少重复切削,可以提高机械钻速以及延长钻头寿命。

摘要：在勘探钻井过程中,QF-Ⅱ型潜孔钻头井底流场分布不合理,存在排屑能力差,对井壁冲蚀破坏严重等缺点,制约了该潜孔钻头在现场的应用。为此,以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,充分考虑了钻头排屑槽和切削齿对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型。在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头喷嘴不同位置、不同直径、不同倾角时的井底流场进行了数值模拟研究。这些结构参数直接影响井底流场分布及流体的排屑能力,在研究中把这些参数作为钻头结构优化设计的重点,找到了钻头喷嘴不同结构参数条件下对井底流场的影响机理,为合理进行潜孔钻头的结构设计及水力设计提供了依据和校验方法。

摘要：以QF—Ⅱ型潜孔钻头为原型,充分考虑排屑槽和切削齿对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场模型,采用计算流体力学软件Fluent对钻头井底流场进行了数值模拟研究。分析认为,该潜孔钻头导致井底流场分布不合理的原因在于喷嘴安放位置太靠近钻头边缘。随后对喷嘴位置向钻头中心靠拢后的改型钻头进行了井底流场分析,认为喷嘴位置向钻头中心靠拢,有助于提高井底流场的清岩能力,减小井底流场对井壁的冲蚀破坏程度,为合理进行潜孔钻头的结构设计提供了理论依据。

摘要：为使潜孔钻头布齿更加合理及为钻头结构改进提供理论依据,达到提高潜孔钻头破岩效率、延长其使用寿命的目的,需要了解潜孔钻头端面切削齿的载荷分布。为此,建立了平面、凸面和凹面3种端面形式的潜孔钻头三维模型,以显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA中常用的H-J-C模型为材料模型,并利用H-J-C模型中的等效屈服强度、压力、积累损伤等函数对潜孔钻头的破岩过程进行仿真,分析不同齿圈上切削齿的载荷状态,并将切削齿载荷分解到轴向、径向及切向3个方向,运用控制变量的方法对3种不同端面形式潜孔钻头的切削齿进行力学分析。研究结果表明:凹面潜孔钻头的轴向载荷峰值最大且径向载荷峰值最小;潜孔钻头切削齿载荷的主要差别在边齿及其相邻齿圈的切削齿上,与其余齿圈上的切削齿关系不大;潜孔钻头边齿的载荷最大,易损坏。模拟结果可为切削齿的选择、切削齿的分布及潜孔钻头的结构设计提供依据。

摘要：针对我国广泛应用于工程建筑、矿山开采、煤层气开采等领域中的潜孔钻头设计上存在的技术低的问题,首先分析了用在不同岩层潜孔钻头重要结构特征;鉴于实际应用中潜孔钻头种类繁多、设计效率低、历史产品设计信息管理不足等特点,利用***开发一套潜孔钻头SolidWorks三维参数化设计二次开发系统,实现了潜孔钻头参数化设计、尺寸特征管理等功能,结果表明通过该系统提高了设计管理效率。

摘要：以现场实际应用的QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,利用显式动力学分析软件LS-DYNA建立潜孔钻头与岩石的互作用模型,对潜孔钻头的井底破岩模式进行仿真分析。通过原型钻头冲击旋转破碎岩石的仿真研究认为:从结构上看,现场原型钻头的中间牙齿分布不合理。因此,在原型钻头端面布齿的基础上添加一颗硬质合金齿,可以提高钻头单次破岩量,进而提高钻头的破岩效率和机械钻速,并可以减少钻头失效的几率,提高钻头使用寿命,为确定钻头的最优布齿方案提供了理论依据。

摘要：在调研国内外研究现状的基础上,从潜孔钻头的工作原理、潜孔钻头的结构、潜孔钻头的静力学研究、潜孔钻头的计算机仿真研究和潜孔钻头的材料研究几个方面阐述了国内外研究学者对潜孔钻头的研究情况。在现有研究现状的基础上,通过现场调研潜孔钻头在服役过程存在易断裂、掉齿、磨齿失效的问题,使用大型软件CAD/CAE/CFD可研究钻头在实时动态钻井过程钻头牙齿的受力情况、钻头的破岩机理、钻头结构参数及钻进过程流场特性,优化设计出满足空气锤钻井配套的高效破岩、长寿命的潜孔钻头。该研究为提高潜孔钻头使用寿命和提高充气锤钻井时效奠定了理论基础。

摘要：以QF-Ⅱ型潜孔钻头为原型,应用有限元分析软件ANSYS阐述了潜孔钻头本体结构的有限元模型建立、网格划分、材料的本构关系、边界条件的处理等相关问题,对不同牙齿过盈量时钻头本体应力的分布情况进行了模拟研究,并得出了相应的Von mises应力分布图,为合理进行潜孔钻头本体结构设计提供了依据和校验方法。

摘要：在勘探钻井过程中,现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题,这与钻头井底流场分布有着密切关系,而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用。本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型,在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究,找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理,为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据。

摘要：潜孔钻头由于工作环境恶劣,使用过程中存在很多不可预见的因素,很容易造成钻头的非正常报废,长期以来,国内外专家学者从钢材选材、硬质合金齿的牌号以及钻头的结构等不同角度对钻头进行研究和改良,并取得了丰硕的成果。本文以花键连接类潜孔钻头为例从钻头的结构设计阐述对钻头使用寿命的影响。