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转速对轴流式PDC钻头井底流场影响
1
作者 曹扬 《石油矿场机械》 CAS 2023年第5期1-11,共11页
PDC钻头在钻进深井过程中,由于钻井液上返速度慢及井底压力大,使得井底岩屑难以上返,从而堆积在井底形成泥包,对钻进效率产生极大影响。为了提升钻进效率,基于轴流泵原理,在PDC钻头保径向上10 mm处设计了轴流泵叶片。该叶片随钻头旋转,... PDC钻头在钻进深井过程中,由于钻井液上返速度慢及井底压力大,使得井底岩屑难以上返,从而堆积在井底形成泥包,对钻进效率产生极大影响。为了提升钻进效率,基于轴流泵原理,在PDC钻头保径向上10 mm处设计了轴流泵叶片。该叶片随钻头旋转,给予井底流体向上升力,增加井底钻井液上返速度,降低井底压力。使用Fluent DPM模型对轴流式PDC钻头的井底流场进行数值模拟分析,结果为:随着钻头转速增加,①井底射流区、漫流区和上返区钻井液流速增加,出口区域流速也增加;②井底压力逐渐减小,刀翼切削处压力逐渐增大,钻头在井底的切向力变化较弱;③井底颗粒质量浓度、保径区域颗粒质量浓度和上返区域颗粒质量浓度逐渐降低。 展开更多
关键词 轴流式PDC钻头 转速 井底压力 流速
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PDC钻头旋转喷嘴流场特征仿真研究
2
作者 李文飞 杨焕龙 刘松 《石油矿场机械》 CAS 2023年第5期26-32,共7页
PDC钻头的固定式喷嘴对于改善钻头井底流场、抑制漩涡区的发展、防止钻头泥包等方面的作用有限。建立具有旋转喷嘴的PDC钻头的数值仿真模型,分析旋转喷嘴数量、喷嘴自转速度、钻头转速对PDC钻头井底漩涡场的影响规律。结果表明:旋转喷... PDC钻头的固定式喷嘴对于改善钻头井底流场、抑制漩涡区的发展、防止钻头泥包等方面的作用有限。建立具有旋转喷嘴的PDC钻头的数值仿真模型,分析旋转喷嘴数量、喷嘴自转速度、钻头转速对PDC钻头井底漩涡场的影响规律。结果表明:旋转喷嘴较固定式喷嘴能够有效抑制钻头井底漩涡场的发展;随着旋转喷嘴数量的增加,钻头井底漩涡区面积占比是减小的;随着旋转喷嘴自转速度的增加,钻头井底漩涡区面积占比呈先减小后增加的趋势,存在最优的喷嘴转速值;钻头转速对于旋转喷嘴条件下PDC钻头的井底漩涡场影响较小。 展开更多
关键词 PDC钻头 旋转喷嘴 井底 漩涡场 数值模拟
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新型PDC钻头设计 被引量:36
3
作者 孙明光 张云联 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 2000年第2期31-34,共4页
PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大 ,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想 ,常常发生先期损坏。针对胜利油田多夹层地层特点进行了 PDC钻头的优化设计 ,突破了 PDC钻头单一切削元件模式。根据该设计制造的一种新型复合式 ... PDC钻头在钻井破岩中所占的比例越来越大 ,但在软硬交错的多夹层地层钻进时效果却不理想 ,常常发生先期损坏。针对胜利油田多夹层地层特点进行了 PDC钻头的优化设计 ,突破了 PDC钻头单一切削元件模式。根据该设计制造的一种新型复合式 PDC钻头在多夹层地层中取得了较好的应用效果。与牙轮钻头相比 ,复合 PDC钻头机械钻速高、寿命长、进尺多等特点 ,对加快油田勘探开发速度、降低钻井成本有积极的意义。 展开更多
关键词 聚晶金刚石钻头 结构设计 切削 夹层 PDC 油田
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自激振荡腔频率特性及腔室设计研究 被引量:10
4
作者 汝大军 廖荣庆 +1 位作者 熊继有 陆红 《西南石油学院学报》 CSCD 1999年第4期78-81,共4页
为了进一步研究自激振荡腔在石油工业中的应用,对其固有频率特性作了较为深入的研究,探讨了固有频率与相关参数之间的关系,并用实验对理论公式进行了验证;同时给出了41/2″单牙轮钻头和5″金刚石钻头的一种新型的腔室设计——... 为了进一步研究自激振荡腔在石油工业中的应用,对其固有频率特性作了较为深入的研究,探讨了固有频率与相关参数之间的关系,并用实验对理论公式进行了验证;同时给出了41/2″单牙轮钻头和5″金刚石钻头的一种新型的腔室设计———带自振腔的单牙轮钻头和金刚石钻头;此外,还为实现腔内流体流动规律的计算机模拟做了一些基础性的研究工作。 展开更多
关键词 自激振荡腔 频率特性 钻头设计 计算机模拟
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小尺寸单牙轮钻头轴承设计研究 被引量:6
5
作者 练章华 杨世良 邓嵘 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第1期105-109,共5页
目前,在我国单牙轮钻头的结构设计还没有标准系列,因此本文应用有限元法,建立了小尺寸单牙轮钻头轴承的力学模型,并推导出了轴承与牙轮接触区域的分布载荷p(θ)的具体表达式,突破了常规的集中载荷法的钻头轴承设计。文中所建立... 目前,在我国单牙轮钻头的结构设计还没有标准系列,因此本文应用有限元法,建立了小尺寸单牙轮钻头轴承的力学模型,并推导出了轴承与牙轮接触区域的分布载荷p(θ)的具体表达式,突破了常规的集中载荷法的钻头轴承设计。文中所建立的有限元力学模型,可对轴承内部的应力进行详细地分析,并能确定出轴承内的危险点及危险区域,为轴承强度设计提供理论依据。同时文中给出了轴倾角β=30°时,小尺寸单牙轮钻头结构尺寸系列及其相应的屈服钻压和设计钻压。 展开更多
关键词 油井 牙轮钻头 单牙轮钻头 轴承 设计
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灰关联聚类在钻头选型中的应用 被引量:6
6
作者 杨进 李文武 高德利 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 1999年第4期48-52,共5页
针对目前国内钻头选型存在的问题,提出了利用灰关联聚类分析方法进行地层综合特性分级,根据地层分级结果进一步优选出钻头类型。通过在新疆南缘地区的应用,取得令人满意的效果。实践证明该方法的使用能为钻头合理选型提供更科学的依据。
关键词 钻头 聚类分析 选型 钻井 采油井
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牙轮钻头齿圈布置设计分析 被引量:4
7
作者 李树盛 田代玉 +1 位作者 谭春飞 蔡镜仑 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第2期122-125,共4页
齿圈布置是牙轮钻头设计的一个重要内容,对牙轮钻头的工作性能和破岩效率有很大影响。本文在牙轮钻头运动学基础上研究了齿圈布置与井底破碎之间的关系,建立了系统地进行齿圈布置设计分析的新方法。根据牙齿在井底的运动分析,对钻头... 齿圈布置是牙轮钻头设计的一个重要内容,对牙轮钻头的工作性能和破岩效率有很大影响。本文在牙轮钻头运动学基础上研究了齿圈布置与井底破碎之间的关系,建立了系统地进行齿圈布置设计分析的新方法。根据牙齿在井底的运动分析,对钻头各圈牙齿在井底的滑移进行了定量的分析计算和各圈牙齿在井底径向平面内的运动轨迹所形成的包络线,作出了井底径向破碎图,它改进了传统的井底击碎图,可直观地反映移轴距和牙齿径向滑移对井底径向破碎的影响;建立了井底破碎环带划分和各齿圈单齿破岩量计算的新方法,指出齿圈布置设计,应尽可能均衡钻头各齿圈的单齿破岩量。这对牙轮钻头布齿设计具有重要指导意义。 展开更多
关键词 油井 牙轮钻头 运动学 钻头 齿圈布置 设计
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牙轮外区牙齿与井壁相互作用的仿真研究 被引量:9
8
作者 吴泽兵 马德坤 赵淑兰 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第5期58-61,共4页
牙轮钻头的外区牙齿(包括背锥齿、修边齿和外圈齿)在石油钻井破碎岩石过程中起着重要作用,能提高机械钻速和提高井壁质量。在现代牙轮钻头几何学基础上研究建立了牙轮钻头的空间模型,井壁过渡区的空间模型,外区牙齿的离散模型,外... 牙轮钻头的外区牙齿(包括背锥齿、修边齿和外圈齿)在石油钻井破碎岩石过程中起着重要作用,能提高机械钻速和提高井壁质量。在现代牙轮钻头几何学基础上研究建立了牙轮钻头的空间模型,井壁过渡区的空间模型,外区牙齿的离散模型,外区牙齿与井壁相互作用的仿真模型。根据上述模型,我们开发出了相应的仿真软件。通过该仿真软件可以分 析和评价外区牙齿切削井壁的能力,在微机上可以清楚地观察到外区牙齿与岩石相互作用的过程。同时能得到牙齿的切削功、摩擦功、切削岩石的体积等数据信息。该软件使用方便,对钻头设计者正确有效地布齿和提高钻头的整体性能有重要的指导意义。 展开更多
关键词 牙轮钻头 仿真 模型切削 钻头 钻井
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牙轮钻头圆柱滚子轴承的理论研究 被引量:10
9
作者 陈家庆 毛红兵 李维民 《石油机械》 北大核心 1999年第6期7-11,共5页
滚动轴承牙轮钻头因摩擦扭矩小和摩擦发热低, 在与牙轮钻头的高速化进程中具有独特的优势。基于这种认识, 对现用牙轮钻头的圆柱滚子轴承进行了理论研究。从结构设计的角度探讨了采用满装型圆柱滚子轴承结构的可行性; 应用经典弹性... 滚动轴承牙轮钻头因摩擦扭矩小和摩擦发热低, 在与牙轮钻头的高速化进程中具有独特的优势。基于这种认识, 对现用牙轮钻头的圆柱滚子轴承进行了理论研究。从结构设计的角度探讨了采用满装型圆柱滚子轴承结构的可行性; 应用经典弹性理论, 计算了满装型结构的载荷分布; 以基本额定动载荷Cr 作为初期优化的目标函数, 选取4 个设计变量, 分别采用复合形法、内点罚函数法和外点罚函数法对牙轮钻头圆柱滚子轴承进行了优化设计。研究表明, 现用牙轮钻头圆柱滚子轴承的确存在一些有待改进和完善之处; 所编制的结构设计计算、载荷分布和优化设计程序可直接用于对国内各种尺寸滚动轴承钻头的理论研究。 展开更多
关键词 牙轮钻头 轴承 结构设计 优化设计 钻井 钻头
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牙轮钻头自激振荡脉冲喷嘴的实验研究 被引量:8
10
作者 沈忠厚 李根生 周长山 《石油大学学报(自然科学版)》 CSCD 1991年第3期36-43,共8页
在理论和实验研究的基础上,设计了几种用于牙轮钻头的自激振荡脉冲喷嘴,在常压下进行了射流脉冲压力测试和冲蚀天然红砂岩的实验。实验结果表明,所设计的风琴管自激脉冲喷嘴和亥姆霍兹振荡腔脉冲喷嘴具有很强的脉冲效果,其冲蚀岩石能力... 在理论和实验研究的基础上,设计了几种用于牙轮钻头的自激振荡脉冲喷嘴,在常压下进行了射流脉冲压力测试和冲蚀天然红砂岩的实验。实验结果表明,所设计的风琴管自激脉冲喷嘴和亥姆霍兹振荡腔脉冲喷嘴具有很强的脉冲效果,其冲蚀岩石能力大大高于普通锥形喷嘴,其中风琴管自激脉冲喷嘴的脉冲效果和破岩能力最强。实验还表明,自激振荡脉冲喷嘴射流存在最优喷距,最优喷距的大小为喷嘴出口直径的7~14倍。自激振荡脉冲喷嘴可直接应用在钻头上,能提高钻井速度,降低钻井成本。 展开更多
关键词 钻头 喷嘴 自励 射流 试验
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牙轮钻头金属浮动密封研究及设计 被引量:14
11
作者 罗纬 何其翔 刘剑 《石油机械》 北大核心 1994年第12期16-19,27,共5页
介绍了牙轮钻头金属浮动密封设计的主要参数牙爪轴锥长h、半推角β、浮动环半锥角α等及其设计方法。给出了由实验确定的这些参数的选择范围。指出:密封设计时,须选定浮动环宽度b,然后由密封比压p和密封力P计算出浮动环的直径尺... 介绍了牙轮钻头金属浮动密封设计的主要参数牙爪轴锥长h、半推角β、浮动环半锥角α等及其设计方法。给出了由实验确定的这些参数的选择范围。指出:密封设计时,须选定浮动环宽度b,然后由密封比压p和密封力P计算出浮动环的直径尺寸。文中给出了设计实例。为了保证密封零件及密封的质量,还介绍了质量检测设备和检测方法。 展开更多
关键词 牙轮钻头 密封 结构设计 钻头
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PDC钻头条件下圆喷嘴撞击射流井底流场的数值模拟 被引量:9
12
作者 管志川 刘希圣 +1 位作者 陈庭根 周广陈 《石油大学学报(自然科学版)》 CSCD 1995年第5期30-35,共6页
为了研究PDC钻头条件下圆喷嘴射流撞击井底流场的基本规律,在分析PDC钻头的基本水力结构特点的基础上,建立了PDC钻头条件下并底结构的物理模型。采用k-ε双方程模型封闭湍流Navier-Stokes方程,利用求解压力... 为了研究PDC钻头条件下圆喷嘴射流撞击井底流场的基本规律,在分析PDC钻头的基本水力结构特点的基础上,建立了PDC钻头条件下并底结构的物理模型。采用k-ε双方程模型封闭湍流Navier-Stokes方程,利用求解压力耦合方程的半隐式方法,对这一物理模型条件下的流场进行了数值模拟,并将数值结果与实验研究结果进行了对比。结果表明,所建立的控制方程、控制条件以及所采用的数值方法是合理的根据数值结果,研究了PDC钻头条件下,射流撞击井底时的流场结构、轴心速度变化规律以及井底漫流的流动规律。 展开更多
关键词 PDC钻头 紊流模型 数值模拟 井底流场 钻井 钻头
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PDC钻头切削深度与切削力之间关系的试验研究 被引量:6
13
作者 郭恒 曹俭 +1 位作者 艾池 虞雪峰 《大庆石油学院学报》 EI CAS 北大核心 1997年第2期23-25,共3页
为了改进PDC钻头设计,在全尺寸试验的基础上,对PDC钻头单齿切削过程进行了试验研究。结果表明:PDC钻头切削深度与切削力之间成幂函数关系,力的变化规律反映了岩石破碎过程中的“跃进式”破碎特点。
关键词 PDC钻头 切削深度 切削力 钻头 试验
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撞击射流井底漫流特性数值研究 被引量:2
14
作者 管志川 陈庭根 +1 位作者 刘希圣 蔡镜仑 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期119-123,共5页
应用大涡模拟方法对不同条件下单喷嘴垂直撞击射流的流场特性进行了数值模拟,对数值模拟结果的分析研究表明,在射流撞击距离小于射流等速核长度的条件下,射流撞击距离和喷嘴出口面积的变化对井底漫流层的厚度没有明显影响。提出了采... 应用大涡模拟方法对不同条件下单喷嘴垂直撞击射流的流场特性进行了数值模拟,对数值模拟结果的分析研究表明,在射流撞击距离小于射流等速核长度的条件下,射流撞击距离和喷嘴出口面积的变化对井底漫流层的厚度没有明显影响。提出了采用井底有效漫流层厚度和有效平均漫流速度研究水力作用对井底和钻头的清洗及冷却效果的新概念。研究表明,就PDC钻头而言,减小钻头面至井底的距离,对提高整个井底的有效平均漫流速度,效果并不明显。 展开更多
关键词 射流 流场 数值模拟 PDC钻头 漫流 石油 钻具
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PDC钻头冲蚀机理分析与研究 被引量:7
15
作者 王瑞和 沈忠厚 《石油钻采工艺》 CAS CSCD 北大核心 1992年第3期1-6,共6页
冲锋是影响PDC钻头功能和寿命的重要原因之一。只有正确认识冲蚀破坏的机理,才能有效地防止冲蚀的发生,以提高钻头使用效益。本文经过现场调研、理论分析和实验研究,发现在实际井底流场中存在着漫流、逆向流和涡流等多种流动。造成钻头... 冲锋是影响PDC钻头功能和寿命的重要原因之一。只有正确认识冲蚀破坏的机理,才能有效地防止冲蚀的发生,以提高钻头使用效益。本文经过现场调研、理论分析和实验研究,发现在实际井底流场中存在着漫流、逆向流和涡流等多种流动。造成钻头冲蚀的主要原因则是逆向流和涡流。当携带有众多小岩屑的洗井液在沿钻头底面作逆向流和涡流时,钻头体和钻头牙齿就得到了不断的磨蚀和冲蚀。随着喷距和离射流冲击中心距离的减小,逆向流流速增大,对钻头冲蚀加剧。多喷嘴的相互干扰,使钻头中心区域下的岩屑不能及时清除,该区流动异常紊乱,旋涡丛生,首当其冲的是钻头冠部被冲蚀,据此,应进一步研究钻头水力结构设计,使用中心喷嘴和优选水力参数,以期解决PDC钻头的冲蚀问题。 展开更多
关键词 PDC钻头 冲蚀 钻头 设计 石油条件
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利用测井资料进行金刚石钻头设计和选型 被引量:9
16
作者 孙明光 黄涛 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 1999年第2期38-39,共2页
在弹性力学理论基础上,建立起预测岩石力学特性的数学模型以及金刚石钻头设计参数的计算模型,并利用现场测井资料对金刚石钻头设计参数(保径材料、水力结构、切削齿尺寸、布齿密度以及钻头剖面)进行了分析研究,针对地层岩性特点优... 在弹性力学理论基础上,建立起预测岩石力学特性的数学模型以及金刚石钻头设计参数的计算模型,并利用现场测井资料对金刚石钻头设计参数(保径材料、水力结构、切削齿尺寸、布齿密度以及钻头剖面)进行了分析研究,针对地层岩性特点优化钻头设计,并相应地推荐了适用的钻头型号。现场应用表明,利用该方法设计制造的钻头能显著提高钻速,降低钻井成本。 展开更多
关键词 测井数据 岩石性质 数学模型 金刚石钻头 钻头设计
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单牙轮钻头传动比测试与分析 被引量:10
17
作者 喻开安 邓嵘 杨世良 《石油机械》 北大核心 1995年第6期14-17,23,共5页
单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比(传动比)是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响,分别设计了具有15°、30°和45°轴倾角的牙爪,并... 单牙轮钻头的牙轮转速与钻头转速之比(传动比)是研究和设计钻头的重要参数。笔者在钻头试验台架上测试了单牙轮钻头的传动比。为了解不同轴倾角β对传动比的影响,分别设计了具有15°、30°和45°轴倾角的牙爪,并作了测试与分析,获得了单牙轮钻头传动比的一些规律。由实验获知,轴倾角β和岩石性质等对传动比均有影响,还证实了单牙轮钻头传动比i始终小于1,此特点为研制与井下动力钻具相匹配的钻头提供了新的途径。 展开更多
关键词 牙轮钻头 传动比 测试钻头 钻井
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球形单牙轮钻头井底凿岩轨迹 被引量:5
18
作者 喻开安 邓嵘 +1 位作者 马德坤 杨世良 《石油机械》 北大核心 1995年第4期1-7,共7页
针对球形单牙轮钻头的结构和运动特点,建立复合圆柱坐标系统,并完整地给出这种钻头的几何学和运动学基本方程。在此基础上以模形齿为对象研究了单牙轮钻头井底凿岩轨迹的形成,并建立了井底轨迹图仿真软件。应用仿真软件得出钻头不同... 针对球形单牙轮钻头的结构和运动特点,建立复合圆柱坐标系统,并完整地给出这种钻头的几何学和运动学基本方程。在此基础上以模形齿为对象研究了单牙轮钻头井底凿岩轨迹的形成,并建立了井底轨迹图仿真软件。应用仿真软件得出钻头不同的几何参数、运动参数及不同齿面结构凿岩的井底轨迹图。通过与一只实际钻头凿岩模式相比,所得理论井底轨迹图与实际钻头凿岩井底模式非常吻合。 展开更多
关键词 牙轮钻头 凿岩 钻头 钻井
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8(1/2)XHP5—4三牙轮钻头齿孔过盈配合的弹塑性有限元计算 被引量:5
19
作者 董事尔 张先普 侯季康 《西南石油学院学报》 CSCD 1993年第1期75-82,共8页
镶齿钻头的齿孔过盈量,以往各钻头生产厂家都是用实验统计的方法来确定的,这种方法受加工及测试等多种因素的影响,而且周期长,代价高。针对这个问题,本文利用有限元法对5型钻头的齿孔过盈配合进行了有限元计算,并详细分析了齿孔周围的... 镶齿钻头的齿孔过盈量,以往各钻头生产厂家都是用实验统计的方法来确定的,这种方法受加工及测试等多种因素的影响,而且周期长,代价高。针对这个问题,本文利用有限元法对5型钻头的齿孔过盈配合进行了有限元计算,并详细分析了齿孔周围的应力场分布规律。 展开更多
关键词 齿孔 牙轮钻头 应力场
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套管开窗若干问题探讨 被引量:18
20
作者 张玉霖 菅志军 +1 位作者 兰洪波 薛辰 《石油矿场机械》 2008年第3期25-28,共4页
套管开窗是分支井作业的关键步骤,开窗质量对后续工具的下入至关重要。在实际开窗过程中,常常会遇到窗口开偏、开窗提前结束、突破死点等问题。分析了套管开窗时遇到的各种问题,并给出了解决措施。
关键词 分支井 开窗 造斜器 铣鞋
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