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锯齿形PDC刀具的破岩特性及温度场
1
作者 吴泽兵 袁若飞 +1 位作者 张文溪 杨晨娟 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第27期11615-11621,共7页
聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PD... 聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact, PDC)刀具的结构是影响钻头性能的重要因素,锯齿形PDC刀具性能较好但研究较少,缺乏相关理论支撑。因此,基于弹塑性力学及Drucker-Prager准则构建了刀具与岩石的有限元模型,对锯齿形PDC及常规PDC刀具的破岩和温度场进行对比研究。结果表明,锯齿形PDC通过剪切和犁碎的方式破岩,有效且明显提升了破岩效率。锯齿形PDC较常规PDC切削力均值减小约20%,波动明显更小。后倾角变大,其切削力增加,破岩比能先增加减小又增加,存在最佳后倾角10°~15°;切削深度增大,切削力变大,破岩比能先减小后增加,存在临界切深1.5~2 mm;锯齿数增加,刀具的切削力与破岩比能先增加后减小,3个锯齿为最佳。温度场研究结果表明,锯齿形PDC比常规PDC刀具散热面积大,热稳定性更好,工作参数与温度变化之间存在规律。研究深度揭示了锯齿形PDC刀具的破岩特性以及温度场,对PDC刀具优化及高性能钻头布齿具有较为重要的指导意义。 展开更多
关键词 PDC刀具 锯齿形 有限元 温度场 破岩比能
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指向式旋转导向系统内外环转速对PDC钻头破岩效率的影响 被引量：1
2
作者 张光伟 高嗣土 +1 位作者 乔阳 田帆 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期27-33,共7页
为了提高指向式旋转导向钻井工具的破岩效率,在钻头运动学研究的基础上,利用Matlab软件建立了数字化PDC钻头模型和数字化岩石模型,结合岩石模型的离散化处理,模拟了旋转导向钻进条件下,PDC钻头与岩石的相互作用过程,并给出了破岩效率的... 为了提高指向式旋转导向钻井工具的破岩效率,在钻头运动学研究的基础上,利用Matlab软件建立了数字化PDC钻头模型和数字化岩石模型,结合岩石模型的离散化处理,模拟了旋转导向钻进条件下,PDC钻头与岩石的相互作用过程,并给出了破岩效率的定量计算方法;分析了指向式旋转导向系统内外偏心环转速对PDC钻头破岩效率的影响,得到了不同时间步长下的破岩规律。研究结果表明,抗剪强度为11 MPa、内摩擦角为22°、摩擦系数为0.2的岩石,其最佳破岩转速比在1.0左右,且指向式旋转导向系统在钻进过程中均存在稳态切削,其破岩效率与内外偏心环的转速比密切相关,随着内外偏心环转速比增大,破岩效率也相应增大,但最终趋于稳定。研究结果对提高指向式旋转导向系统的钻井效率具有一定的理论指导作用。 展开更多
关键词 旋转导向钻井 PDC钻头 破岩效率 转速比 数字化 数值模拟
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微波照射下火成岩升温特性和升温预测模型研究 被引量：3
3
作者 赵沁华 赵晓豹 +6 位作者 赵建新 刘汉文 郑彦龙 李建春 何磊 何举龙 余家旺 《高校地质学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期94-101,共8页
微波辅助破岩可有效降低刀具磨损,提高破岩效率,具有广阔的发展前景。文章选取了10种火成岩进行微波加热试验,发现岩石的升温速率主要与岩石所含矿物的种类、含量,及岩石中的Fe元素含量有关。岩石所含矿物越敏感、含量越多,岩石中的Fe... 微波辅助破岩可有效降低刀具磨损,提高破岩效率,具有广阔的发展前景。文章选取了10种火成岩进行微波加热试验,发现岩石的升温速率主要与岩石所含矿物的种类、含量,及岩石中的Fe元素含量有关。岩石所含矿物越敏感、含量越多,岩石中的Fe元素含量越大时,其升温速率越高。整体而言,火成岩中基性岩的升温速率最高、中性岩次之、酸性岩最低,该现象与火成岩的矿物和元素组成规律有关。在试验研究的基础上,文章提出了岩石升温预测模型。该模型除考虑了矿物种类和含量的影响外,还考虑了与升温有关的比例修正系数和结构修正系数。在升温预测模型中,敏感矿物升温的比例修正系数大于1,且随含量的增加而降低,最终趋向于1;非敏感矿物升温的比例修正系数小于1,且随含量的增加而增加,最终也趋向于1。同等条件下,块体的升温速率是粉末的2~3倍,且基性岩升温的结构修正系数大于中性岩和酸性岩。 展开更多
关键词 微波辅助破岩 升温预测模型 比例修正系数 结构修正系数
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