全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩过程数值模拟

旋转冲击破岩机理作为旋转冲击钻井技术的关键基础问题,始终未能得到很好的解决,限制了旋转冲击钻井技术的推广与应用。为了揭露旋转冲击破岩过程,基于有限元方法,依据旋转冲击破岩试验数据,建立并验证了全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩数值模型及模拟方法,利用该模拟方法分析了全尺寸PDC钻头在常规破岩与旋转冲击破岩方式下岩石应力的变化情况。分析结果表明:常规破岩岩石的损伤主要发生在齿底与齿前,旋转冲击破岩岩石的损伤主要发生在齿底、齿前与齿周;在冲击力增大阶段,齿前岩石主要受拉、剪作用;在冲击力衰减阶段,齿前岩石主要受压、剪作用;且不同岩石类型的冲击载荷与冲击频率的最佳组合并不一致。所得结论可为旋转冲击钻井技术的推广提供一定的理论支撑。

PDC 钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状

聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)钻头,是钻井工程中主要破岩工具之一。PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大,相关研究在国内外备受关注。本文总结了国内外有关PDC钻头齿破岩机理和性能测试的实验装置、测试方法等代表性成果,按照PDC钻头齿与岩石相互作用的方式,相关实验主要包括5大类:PDC钻头齿直线切削实验、旋转切削实验、落锤冲击实验、PDC钻头单齿静压实验以及全尺寸PDC钻头实验;按照测试目的,又可分为PDC钻头齿的破岩机理和性能测试2大类。通过调研分析这些实验研究的优缺点,以期为PDC钻头齿的研究与优化、PDC钻头的整体个性化设计等提供参考。