PDC磨损齿切削载荷与生热规律研究

目前在不同倾角和不同磨损等级下,对真实磨损齿切削载荷和生热规律缺乏进一步的研究。为此,通过单齿切削试验验证了在不同磨损程度和不同前倾角下磨损齿的相关性能,得出磨损齿在切削过程中三向力和温度等的变化规律。研究结果表明: PDC齿磨损越严重,达到同样切削深度所需要的力越大,磨损齿的切削力随着前倾角的增加而增大,在破岩过程中磨损越严重,倾角越大,越容易发生失效风险;磨损齿温升相对于未磨损齿,在切削砂岩及强研磨性花岗岩时分别提高了25%和50%;PDC齿磨损后破岩能力降低,在切削过程中会产生挤压破碎,不仅对其产生冲击,降低破岩效率,而且加速了齿的磨损。研究结论可以为PDC钻头磨损后的切削性能分析提供理论基础 。

深井高温岩石破岩机理及生热分析

为了提高深井高温地层PDC齿的破岩效率,分别将花岗岩和砂岩加热至不同温度以模拟深部井底高温岩石,结合岩石岩性及其在高温条件下的力学特性,进行PDC单齿切削破岩室内试验,利用切削力传感器、高速摄影机和热红外成像仪对不同温度岩样的切削力、破岩过程和切削温度场进行深入分析。分析结果表明:花岗岩和砂岩均存在使自身力学特性发生较大变化的临界温度,超过该临界温度切削效率和切削生热将发生突变,当花岗岩温度低于其临界温度、砂岩温度高于其临界温度时可大大提高PDC钻头的破岩效率;花岗岩和砂岩受温度影响力学特性的变化规律不同,而在不同温度条件下它们自身的力学特性也存在差异,特别是突破临界温度值后会产生较大的变化;钻井作业时可根据不同岩石及它们在不同温度环境下呈现出的力学特性,科学制定钻井方案,降低破岩难度,提高钻井效率。所得结论可为高温地层高效钻井和配套PDC钻头设计提供理论指导和技术支撑。