磨粒布齿角度对旋进式修井磨鞋工作特性影响规律

针对复杂井筒工况下修井磨鞋钻进慢、磨损快的技术瓶颈问题,以前期优选的旋进式修井磨鞋为研究对象,基于剪切滑移线理论模型建立磨粒力学解析模型,明确磨粒布齿角度与修井磨鞋工作扭矩定量关系,基于Python语言的ABAQUS二次开发编写单磨粒切削仿真软件,实现单磨粒切削仿真模型参数化建模,试制不同布齿角度单磨粒修井磨鞋并完成实验测试,从布齿类型、成屑特征、切屑形态、切痕形貌和工作特性5个方面确定优选布齿角度。研究结果表明,零布齿角磨粒切削力增长最快,正布齿角切削力数值最大,负布齿角磨粒切削力数值最小且平稳波动变化,波动范围为642.5~785.3 N。随着磨粒布齿角度在0°~45°范围内增大,切屑体积逐渐减小,切屑长度由5 mm减小为2 mm,切屑形状由卷筒状变为不规则颗粒状。当布齿角度为5°和10°时,实验工件表面轮廓深度最大,达到1.0 mm。当磨粒布齿角度为8°时,材料去除质量最大,达到9.49 g,同时工作扭矩仅为28.7 N·m,工作过程较为平稳。综合考虑工作效率和工作安全,旋进式修井磨鞋的优选布齿角度为-8°。