PDC钻头复合钻进破岩机理及个性化设计探讨

在复合钻进工况下,地面和井下马达的复合驱动虽能使PDC钻头的钻速能得到显著提升,但钻头寿命也会显著缩短。通过研究定向井、水平井下部钻柱的受力变形特性,建立了复合钻进下PDC钻头的运动学模型,研究了转速比、布齿位置、下部钻柱几何状态等对切削齿切削轨迹的影响规律。在此基础上,改进了PDC钻头破岩数字仿真系统,并利用该系统研究了PDC钻头在复合钻进工况下的运动学、切削力学规律以及井底形态特点。研究结果表明:除了高转速因素以外,复合钻进钻头破岩效率增高的主要原因在于PDC钻头切削齿的不平行刮切特性,以及螺杆弯角所导致的钻头牙齿的不均衡切削状态。针对PDC钻头在复合钻井条件下的破岩机理和失效特点,探讨了复合钻进PDC钻头个性化设计的技术思想和实施方法,为复合钻进条件下PDC钻头工作性能的改进提供了理论依据和技术手段。

地热井牙轮钻头齿孔内残余空气压力研究

牙轮钻头的钻齿与齿孔依靠过盈装配紧固。在牙齿结构设计中,牙齿根部必须存在倒角,牙齿和齿孔才能形成接触导向作用,使牙齿能够顺利压入孔内,在装配过程中,齿根倒角在一定程度上能够缓冲孔壁和孔底的应力集中现象,避免齿孔壁发生塑性变形失效影响固齿强度。由于在牙齿压入过程中,孔内空气无法被及时排出,会压缩在齿孔内部形成压力气体,在高温环境下压缩空气会受热膨胀,空气压力逐渐增大,此时残余空气对牙齿会存在轴向上压出的作用力。