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。

摘要：常规pdc钻头在砾岩地层中易发生崩齿和碎齿,钻头进尺短、钻速低,钻井周期长、成本高等问题突出。为了提高砾岩地层的钻进效率,本文开展了锥形pdc齿与常规pdc齿混合切削砾岩实验,探究了齿间距和齿高差等参数对切削力、破岩体积及破岩效率的影响规律,研制了Φ215.9 mm混合布齿pdc钻头,并在砾岩地层某口定向井中开展了现场试验。结果表明:随着齿间距增大,切削力和破岩体积逐渐增加,破岩效率先升高后降低,且在齿间距为18 mm时达到最大值;随着齿高差的增加,破岩体积呈线性增加,破岩效率先升高后降低,在齿高度差为0.5 mm时破岩效率最高;与邻井同井段用的牙轮钻头和常规pdc钻头相比,研制的混合布齿pdc钻头的机械钻速分别提高了37.93%和52.38%,进尺分别提高了117.45%以及86.87%。研究结果为适用于砾岩地层钻井的混合布齿pdc钻头设计提供理论依据。

摘要：鉴于锥形pdc齿的相关理论与技术研究尚处于起步阶段,国内还未见相关研究报道的现状,设计了锥形pdc齿,通过单齿破岩试验分析了锥顶直径、切削角、吃入深度和岩石硬度等主要参数对锥形pdc齿受力的影响,同时将锥形pdc齿受力与常规pdc齿进行了对比。分析结果表明,在相同的吃入深度下,锥形pdc齿所受的轴向力和切向力均随锥顶直径的增大而增大,说明锥形齿越尖锐,吃入岩石的能力越强;在钻进花岗岩、大理岩和石灰岩时,切削角为15°时的轴向力最小,吃入岩石能力最强;在吃入深度相同的情况下,锥形pdc齿所受轴向力和切向力都小于常规pdc齿,锥形pdc齿的破岩方式为犁切破岩。研究成果对研制高效破碎硬地层的新型pdc钻头具有一定的指导意义。

摘要：目前关于锥形pdc齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验,而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形pdc齿拉伸剪切破岩机理,以及切削载荷分布特性;根据能量平衡原理,推导了锥形pdc齿切削载荷理论公式。结果表明,相比于常规pdc齿,锥形pdc齿破岩过程更加稳定,其切削载荷受岩石性质、齿的形状参数、切削深度以及切削角度的影响,且切削载荷随着锥顶半径、切削角度以及吃入岩石深度的增加而增加。研究成果可为锥形pdc齿及钻头的设计提供理论支撑。

摘要：锥形pdc齿作为一种新型破岩方式,其相关理论在国内研究还处于起步阶段。采用Drucker-Prager准则,以等效塑性应变作为破坏准则,建立了基于ABAQUS的锥形pdc齿切削岩石有限元分析模型。通过数值仿真、理论分析阐述了锥形pdc齿切向上以剪切破坏为主、侧向方向以挤压拉伸断裂破坏为主的破岩机理,以及"相邻"效应,并且数值仿真分析了切削深度、切削角度对锥形pdc齿破岩效率的影响规律,优选出最优切削角度20°。研究结果对锥形pdc齿为基础的新型pdc钻头的设计提供了依据。

摘要：犁削型pdc钻头采用异于常规pdc复合片的锥形pdc齿作为切削单元,具备钻进硬地层的能力。利用VTL机床对锥形齿进行了磨损试验,研究了不同切削角和不同齿形对锥形pdc齿耐磨性能的影响,优选出耐磨性能好的齿形及切削角,并与常规pdc齿的耐磨性能进行对比。研究结果表明,当锥顶角一定时,随着正切削角由5°增大到21°,锥形pdc齿的耐磨性能呈现由弱变强,再由强变弱的趋势,正切削角在12°~17°时锥形pdc齿的耐磨性能最好;当正切削角一定时,在锥顶角由68°增大到75°的过程中,锥形pdc齿的耐磨性能下降。为提高锥形pdc齿的耐磨性能,应设计适合锥形pdc齿的具有较大合成腔室的顶压机,同时对钻头水力参数进行优化。

摘要：为解决常规pdc钻头在非均质硬地层中机械钻速低、钻头寿命短的问题,设计了具有多种切削结构的混合钻头。混合钻头以pdc齿作为1级切削元件,锥形pdc齿和孕镶金刚石齿作为2级切削元件,在pdc齿磨损后,锥形齿和孕镶齿参与破岩,集切削、犁削、磨削三重作用于一体,可提高钻头在复杂难钻地层中的使用寿命和破岩效率。新型钻头在青海油田东坪某井的变质砂岩和花岗片麻岩地层中进行了试验,机械钻速比常规pdc钻头提高了58.7%,具有明显的经济及社会效益。

摘要：为解决常规pdc钻头在非均质硬地层使用寿命短、机械钻速低的问题,设计并加工了一种切削-犁削混合钻头。新型钻头以pdc复合片作为主要工作元件,以锥形pdc齿作为次要工作元件,形成混合切削结构,具有切削和犁削双重破岩作用,提高了pdc钻头在非均质性硬地层中的抗冲击性能和破岩效率。现场试验表明,切削-犁削混合钻头机械钻速对比常规pdc钻头提高了57.6%,钻头进尺对比常规pdc钻头提高了91.6%,取得了非常好的使用效果。新型pdc钻头具有机械钻速高、寿命长、进尺多等特点,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。