硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

论文摘要

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明:钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。

论文目录

• 0 引言
• 1 钻头破岩力学特性的建立
•   1.1 岩石-钻头接触模型
•   1.2 岩石塑性本构模型及破岩判据
• 2 钻头动态破岩模型建立
•   2.1 基本假设
•   2.2 岩石与钻头的控制方法
• 3 钻头破岩结果分析与讨论
•   3.1 钻进过程中岩石力学性能分析
•   3.2 单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩钻进结果分析
•   3.3 单牙轮-PDC钻扩联合钻头提速机理分析
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 李琴,傅文韬,黄志强,马亚超,谢豆

关键词: 硬地层,单牙轮钻扩联合钻头,破岩机理,拉应力破岩

来源: 中国机械工程 2019年22期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑,工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 西南石油大学机电工程学院

基金: 国家大型油气田及煤层气开发重大专项资助项目(2016ZX05040-006)

分类号: TE921.1

页码: 2683-2690

总页数: 8

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