基于特征粒径理论的镶齿滚刀最优钻压分析

为解决反井钻机钻压与地层快速匹配问题,首先基于岩石破碎能量理论和岩碴Rosin-Rammler分布机理,通过理论分析证明盖克相似说下特征粒径与钻压呈高斯函数关系,邦德裂纹说和黎金格新表面说下特征粒径均与钻压呈二次函数的倒数关系,由此得到通过岩碴分析镶齿滚刀最优钻压的特征粒径理论。而后通过六排镐形镶齿滚刀的直线破岩试验,验证了特征粒径理论,证明盖克相似说和邦德裂纹说下特征粒径理论在分析六排镐形镶齿滚刀时具有较好的适用性,通过以上两种方法得到的特征粒径最大时的钻压,即为最小比能法得到的最优钻压。为了提高邦德裂纹说下特征粒径理论的拟合精度,也能使用高斯函数进行拟合。最后,将特征粒径理论应用于白鹤滩溜渣井工程,验证其在反井施工现场的适用性。

基于硬脆性岩石特征粒径的锥齿滚刀最优钻压分析

为提高反井钻机锥齿滚刀对硬脆性岩石的破岩效率,需要得到最优钻压,分析岩碴粒径是研究反井钻机锥齿滚刀最优钻压的重要手段。采用直线破岩试验方法,使用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩试样,并通过Rosin-Rammler分布函数对岩碴粒径分布情况进行分析。通过对比多个钻压下岩碴粒径分布的累计概率曲线、特征粒径以及比能,得到钻压与岩碴特征粒径分布规律、特征粒径与比能的关系。当特征粒径最大和比能最小时,分别得到大理岩试样的最优钻压为34.45 kN和35.19 kN,因此最优钻压约为35 kN。据此,建议在实际应用中可将钻压设为35 kN。还分析了在相同钻压下,采用锥齿滚刀破碎硬脆性大理岩和花岗岩时的粒径分布关系,分析得到两种单轴抗压强度岩碴的特征粒径。研究结果表明特征粒径能够反映锥齿滚刀的破岩效果;硬脆性岩石的破碎过程符合黎金格的新表面说,特征粒径与比能呈近似反比关系;在一定钻压范围内,相同钻压下花岗岩特征粒径均大于大理岩,且特征粒径差距随钻压增加而增大。