地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动分析

论文摘要

PDC钻头在钻遇软硬交错地层时,容易出现切削齿崩齿或损坏等情况。针对该问题,研究了在钻进过程中地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动特性,建立了PDC钻头的扭转振动的扭摆模型。基于PDC单齿切削岩石及钻头处钻压的施加原理,建立了"钻头-岩石"相互作用模型,采用算例分析了地层硬度突增后PDC钻头处的扭矩及转速随时间的变化规律,并得出钻头转速波动的相轨迹。分析结果表明:在PDC钻头钻进过程中,当所钻地层硬度突增后,PDC钻头会出现扭转振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的椭圆形极限环,其振幅与突增后的岩石硬度成正比;当突增后岩石硬度较大时,会出现PDC钻头的黏滑振动,为一种稳定的自激振动;岩性的突变是造成PDC钻头黏滑振动的一个重要原因,而PDC钻头与岩石之间的非线性摩擦阻力是造成PDC钻头黏滑振动自激属性的根本原因。研究结果对钻井工程参数的优选及降本增效有很好的指导意义。

论文目录

• 0 引言
• 1 PDC钻头处黏滑振动模型分析
• 2 PDC钻头处“钻头-岩石”相互作用模型
•   2.1 PDC钻头处受力分析
•   2.2 PDC钻头处钻压施加分析
• 3 岩石硬度突增时PDC钻头处黏滑振动算例分析
•   3.1 算例参数
•   3.2 阻力扭矩和PDC钻头转速变化
•   3.3 PDC钻头转速波动相位变化
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 查春青,陈杰,赵金成,柳贡慧

关键词: 地层硬度,黏滑振动,钻压,岩性突变,钻头

来源: 石油机械 2019年08期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司

基金: 国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键工具与装备”(2016ZX05021-003),国家自然科学基金青年项目“复合冲击钻井技术的破岩机理及优化设计方法研究”(51804013)

分类号: TE921.1

DOI: 10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2019.08.003

页码: 15-20

总页数: 6

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