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题名PDC切削齿直径对切削力的影响规律研究
被引量：3
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作者
未九森
邵方源
谭紫阳
刘维
高德利
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机构
中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室
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出处
《石油机械》
北大核心
2023年第4期8-15,共8页
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基金
国家自然科学基金创新研究群体项目“复杂油气井钻井与完井基础研究”(51821092)
国家自然科学基金重点项目“复杂结构‘井工厂'立体设计建设基础研究”(52234002)
+2 种基金
国家自然科学基金石油化工联合基金项目“页岩和致密油气田高效开发建井基础研究”(U1762214)
中国石油大学(北京)科研启动基金项目“高效钻头的研究”(ZX20190065)
中石油战略合作科技专项专题“陆相页岩油深部地层钻井提速技术研究”(ZLZX2020-01-07-01)。
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文摘
针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13.44、ø15.88、ø19.05、ø21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示:PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,ø19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,ø19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理论指导。
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关键词
PDC钻头
破岩效率
切削力
机械比能
单齿破岩
全尺寸钻头破岩
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Keywords
PDC bit
rock-breaking efficiency
cutting force
mechanical specific energy
rock-breaking of single cutter
rock-breaking of full-scale bit
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名基于单齿多维度冲击破岩机理仿真研究
被引量：2
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作者
齐悦
柳贡慧
李军
查春青
田玉栋
李玉梅
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机构
中国石油大学(北京)石油工程学院
北京工业大学机械工程及应用电子技术学院
北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室
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出处
《石油机械》
北大核心
2023年第12期1-7,共7页
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基金
国家自然科学基金重大科研仪器项目“钻井复杂工况井下实时智能识别系统研制”(52227804)
国家自然科学基金青年基金项目“干热岩储层双重介质射孔簇内复杂多裂缝起裂及扩展机理研究”(52104001)
北京市教育委员会科学研究计划项目(KM202111232004)。
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文摘
扭转冲击钻井破岩模式的提出及应用提高了对井筒周向岩石的切削效率。为了提高复合冲击的破岩效率及轴向冲击频率与扭转冲击频率的最优配比,建立了复合冲击系统的三维有限元数值模型,模拟了PDC单齿与岩石的动态相互作用;通过灵敏度分析,研究了复合冲击中牙齿扭向冲击速度、动态扭转冲击载荷幅值、扭转冲击与轴向冲击频率配比对切削力和切削深度的影响。研究结果表明:扭向冲击速度越大,切削力越大,切削力的幅值越大;切削力随着冲击时间先增大后减小,随着动态扭转冲击载荷幅值的增加,切削力的振幅增大,切削力越快达到峰值;随着扭向冲击速度增加,切削深度幅值和切削力幅值均增大,切削深度曲线呈阶跃特征,牙齿最大切削深度随动态扭转冲击载荷幅值增大而增大;扭转冲击频率与轴向冲击频率的配比关系存在一个最优值。所得结论可为复合冲击破岩工具的后续开发和优化提供理论支持。
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关键词
复合冲击钻井
破岩机理
PDC单齿
切削力
冲击速度
轴向冲击
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Keywords
compound impact drilling
rock-breaking mechanism
single PDC cutter
cutting force
impact velocity
axial impact
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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