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Research on Lubrication Model of Rock Bit Bearings with Non-Newtonian Medium
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作者 Guorong Wang Wang Juan Lin Zhong 《Modern Mechanical Engineering》 2012年第1期1-5,共5页
Lubrication media of rock bit journal bearing is non-Newtonian fluid, and because of structure limitations, lubricant supply is only from the inside track and its rheological properties are relatively complex. In gene... Lubrication media of rock bit journal bearing is non-Newtonian fluid, and because of structure limitations, lubricant supply is only from the inside track and its rheological properties are relatively complex. In general studies, the non- Newtonianism of lubrication media of rock bit journal bearing is neglected to simplify the research process. Based on the universal Reynolds equation of non-Newton media, the mathematical model of lubrication analysis was suitable for the rock bit bearing working conditions was established. Then according to the experimental results of rheological properties of RB-type lubricating grease, the equivalent viscosity of the model was established and this model can be solved by the method used in solving the Reynolds equation of Newton fluid. 展开更多
关键词 Journal BEARING rock bit LUBRICATION Model RB GREASE
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CFD ANALYSIS OF TURBULENT FLOW FIELD IN ROCK BIT
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作者 Wang Zhi-ming Guo Guo-zhong(Petroleum Engineering, University of Pertroleum of China, Beijing 100000, P. R. China)Robert A. Wattenbarger(Texas A & M University, U. S. A.) 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 1999年第2期88-96,共9页
This paper reports the numerical simulation of turbulent flow field in rockbits with the k-ε turbulence model and a new twenty-one point scheme for pressure correction equation, which greatly improves the synchronous... This paper reports the numerical simulation of turbulent flow field in rockbits with the k-ε turbulence model and a new twenty-one point scheme for pressure correction equation, which greatly improves the synchronous convergence ane the dependence ofcoupling between velocity and pressure on the pressure relaxation factor. It is numericallyverified that adaptive-manually technique is effective to generate more continuous, smoothand orthogonal Laplace grid system. Numerical results show that there exist vortices andlower pressure domains around the damaged zone, which strengthen the wear by solidparticle in the drilling nuid and induce the cavitation effect, finally causing the erosion anddecrease in the life of rock bit. The damage could be avoided by some modification of theinternal flow structure of rock bit. 展开更多
关键词 rock bit turbulent flow field k-εturbulence model adaptive-manually technique twenty-one point scheme
原文传递
A new diamond bit for extra-hard, compact and nonabrasive rock formation 被引量:3
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作者 王佳亮 张绍和 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期1456-1462,共7页
A new impregnated diamond bit was designed to solve the slipping problem when impregnated diamond bit was used for extra-hard, compact, and nonabrasive rock formation. Adding Si C grits into matrix, Si C grits can eas... A new impregnated diamond bit was designed to solve the slipping problem when impregnated diamond bit was used for extra-hard, compact, and nonabrasive rock formation. Adding Si C grits into matrix, Si C grits can easily be exfoliated from the surface of the matrix due to weak holding-force with matrix, which made the surface non-smooth. Three Ф36/24 mm laboratorial bits were manufactured to conduct a laboratory drilling test on zirconiacorundum refractory brick. The laboratory drilling test indicates that the abrasive resistance of the bit work layer is proportional to the Si C concentation. The higher the concentration, the weaker the abrasive resistance of matrix. The new impregnated diamond bit was applied to a mining area drilling construction in Jiangxi province, China. Field drilling application indicates that the ROP(rate of penetration) of the new bit is approximately two to three times that of the common bits. Compared with the common bits, the surface of the new bit has typical abrasive wear characteristics,and the metabolic rate of the diamond can be well matched to the wear rate of the matrix. 展开更多
关键词 孕镶金刚石钻头 结构紧凑 岩层 研磨性 实验室测试 钻探施工 匹配矩阵 机械钻速
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THREE DIMENSIONAL DYNAMIC ELASTICPLASTIC ANALYSIS OF THE INTERACTION OF A SET OF PERCUSSION BITS WITH ROCK MASSES
4
作者 Song, SC Knasmillner, RE 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 1995年第4期364-374,共11页
A three dimensional dynamic elastic-plastic finite element analysis of the interaction of percussion bits with rock masses is presented. The dynamic contact problem was investigated with the numerical method developed... A three dimensional dynamic elastic-plastic finite element analysis of the interaction of percussion bits with rock masses is presented. The dynamic contact problem was investigated with the numerical method developed for high velocity impact calculations[1]. The numerical analysis was carried out for three simultaneously loaded percussion bits arranged on a straight line on the rock surface, the loading time was kept constant throughout this work. The numerical calculation for various strengths of the dynamic load tm the percussion bits shows that a critical minimum dynamic load exists for the generation of plastic deformations in the rock. For this critical value of the load the maximum normal stress of the longitudinal wave in the percussion bit exceeds the yield stress of the rock mass. 展开更多
关键词 rock masses percussion bits numerical analysis
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The Principle of the Drilling by Impregnated Diamond Bits and the Classification of Rocks
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作者 Tu HouzeChina University of Geosciences , Wuhan 430074 《Journal of Earth Science》 SCIE CAS CSCD 1991年第1期89-93,共5页
Recently impregnated diamond bits have been widely applied in drilling hard and medium - hard formations in the world . It is quite necessary to study the fracturing mecha-nism of the impregnated diamond bit and the c... Recently impregnated diamond bits have been widely applied in drilling hard and medium - hard formations in the world . It is quite necessary to study the fracturing mecha-nism of the impregnated diamond bit and the classification of rocks , which can realize optimum drilling . Using multi - parameter rotary test stand can monitor and print nine parameters . The diamond size and concentration for experiment are various and there are nearly 200 types of samples , numbering over 1000 pieces . The results of laboratory are the same as those in the field . Besides , this paper expresses that the diamond concentration of impregnated diamond bits effect the bonding strength of diamond imbedded in ma-trix . During drilling by impregnated diamond bits three ways are used to cool the bits . The contact area between impregnated diamond layer and flow , and the drilling flow through annulus carrying away heat with conduction form can be shown by equations . It is impossible to classify the rock drillability only by using single factor . The best method is to use main factors to analyse the drillability of rocks. Only in this way , the results can be applied to practice . 展开更多
关键词 impregnated diamond bit classification of rock diamond exposure . waterways of bit hydraulic horsepower .
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孕镶金刚石钻头磨损研究现状与发展趋势
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作者 段隆臣 孙武成 +3 位作者 王志明 谭松成 高辉 方小红 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期200-217,共18页
孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎... 孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎体碎屑和金刚石碎屑等)在孔底的存在状态,它决定了金刚石钻头的钻进效率和使用寿命。目前关于孕镶金刚石钻头磨损理论、方法的研究大部分属于定性判断,且常局限于区域特殊情况,无法形成统一或可借鉴的实用指导体系。以地质钻探领域的孕镶金刚石钻头磨损相关研究文献为主,讨论了孕镶金刚石钻头磨损的研究现状。首先结合地质钻探工业实践和行业规程归纳了钻头的非正常磨损类型,然后从磨损图像、钻进信号2个方面介绍了钻头磨损评价方法,从钻头整体、金刚石和金属胎体3个方面梳理了钻头钻进过程磨损机理与影响因素,另外列举了主流的钻头磨损性能调控方法,介绍了磨损分析方程的研究进展,并探讨了机器学习方法如何辅助钻头磨损研究。孕镶金刚石钻头在深部硬岩钻探中有极大的潜力,而其磨损性能是决定其最终使用效果的关键。为此,对人工智能方法辅助数据分析、微观尺度计算模拟、增材制造和材料处理改性等研究方向进行了分析展望,探索先进的金刚石钻头的磨损监测分析和调控方法,以期满足地质深部钻探和地外星系钻探等远程监控钻进的需求。 展开更多
关键词 孕镶金刚石钻头 岩石破碎 钻头磨损 磨损机理 磨损评价 机器学习
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顺北油气田二叠系火成岩钻井技术研究与应用
7
作者 易浩 郭挺 孙连忠 《钻探工程》 2024年第1期131-138,共8页
塔里木盆地顺北区块二叠系火成岩地层厚度大、硬度高、裂缝发育、非均质性强,导致机械钻速低与堵漏耗时长,相比邻区平均钻井周期增加达1.5倍。近几年,通过持续强化钻井液堵漏技术与优选高效钻井工艺,漏失量与堵漏时间逐步缩短,钻井指标... 塔里木盆地顺北区块二叠系火成岩地层厚度大、硬度高、裂缝发育、非均质性强,导致机械钻速低与堵漏耗时长,相比邻区平均钻井周期增加达1.5倍。近几年,通过持续强化钻井液堵漏技术与优选高效钻井工艺,漏失量与堵漏时间逐步缩短,钻井指标逐年提高。本文分析了影响堵漏时间长与机械钻速低的主控因素,提出堵漏浆中加入竹纤维、变形颗粒以改善堵漏工艺技术,明确了冲击工具的适用条件,优选攻击性与抗冲击性的PDC钻头,改进混合钻头结构以及配套大扭矩、长寿命螺杆等技术对策,提速降本成效显著,为加快顺北油气田的高效勘探开发提供了指导。 展开更多
关键词 二叠系火成岩 堵漏 PDC钻头 大扭矩螺杆 冲击工具 顺北油气田
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凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用
8
作者 陈炼 魏小虎 +5 位作者 曹强 周岩 杨迎新 胡川 赵志杰 伍彬 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期371-379,共9页
为提高聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能,开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比,凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均... 为提高聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能,开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比,凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀,切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小,切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式,在不均质地层得到成功应用。 展开更多
关键词 非平面聚晶金刚石齿 含砾地层 破岩机理 冲击损坏
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异形齿切削破碎页岩的试验与数值模拟研究
9
作者 温博 张春亮 +2 位作者 吴昊 任海涛 杨迎新 《石油机械》 北大核心 2024年第1期11-19,共9页
针对PDC钻头在页岩气钻井中破岩效率低和寿命短的问题,开展异形齿切削破碎页岩机理研究。选用凹面齿、斧形齿、三棱齿等典型异形齿开展切削页岩过程、切削载荷的试验研究,利用数值模拟分析异形齿切削过程中岩石的损伤特性。试验结果表明... 针对PDC钻头在页岩气钻井中破岩效率低和寿命短的问题,开展异形齿切削破碎页岩机理研究。选用凹面齿、斧形齿、三棱齿等典型异形齿开展切削页岩过程、切削载荷的试验研究,利用数值模拟分析异形齿切削过程中岩石的损伤特性。试验结果表明:切削齿切削页岩过程中,出现了镜面和“卷屑”等硬塑性特征;凹面齿切削载荷和破岩比功小于其他齿型;平面齿和三棱齿随着前倾角的增加,切削载荷呈增大趋势;凹面齿和斧形齿对前倾角的变化不敏感,且凹面齿在前倾角为10°时破岩效果最好;在相同条件下,4种齿型中凹面齿形成的岩屑最大,利于破岩效率的提高。模拟结果表明:切削过程中凹面齿以“铲削”的方式破碎岩石,三棱齿和斧形齿的棱脊对岩石产生明显的挤压效果;三棱齿沿着棱脊将岩屑一分为二向两侧排出,而斧形齿在块体岩屑的中间部分形成了明显的塑性变形。研究结果可为页岩气钻井提速增效提供基础支撑。 展开更多
关键词 PDC钻头 异形齿 破岩 效率 载荷 能耗 岩屑
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长沙盆地红层岩石地层可钻性研究及应用
10
作者 李奋强 粟琼玉 +6 位作者 刘素平 叶见玲 邓拓 陈潇 刘梅 胡文辉 王羲 《钻探工程》 2024年第1期51-57,共7页
中深层地热能是一种储量丰富、分布较广、稳定可靠可再生能源,具有绿色低碳、清洁环保、安全优质、供能持续稳定等特点,在碳达峰碳中和实施路径中发挥着重要的作用。结合长沙盆地一个工程案例,采用岩石压入硬度计、电动应力式直剪仪和... 中深层地热能是一种储量丰富、分布较广、稳定可靠可再生能源,具有绿色低碳、清洁环保、安全优质、供能持续稳定等特点,在碳达峰碳中和实施路径中发挥着重要的作用。结合长沙盆地一个工程案例,采用岩石压入硬度计、电动应力式直剪仪和偏光显微镜分别对岩石样品的压入硬度、单轴抗压强度和岩性特性进行测试,从岩石的胶结物质、矿物颗粒、层理发育程度等方面对岩层可钻性的影响进行了分析研究,构建了该套地层的岩性可钻性等级,并对钻头的优选提出了建议,对本地区和类似地区的钻探工程具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 地热钻井 岩石可钻性 钻头优选 长沙盆地
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一趟钻智能混合钻头齿面结构设计与分析
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作者 吴泽兵 胡诗尧 +2 位作者 姜雯 窦康优 沈飞 《机电工程技术》 2024年第2期107-110,共4页
石油钻头是油田开采的重要井下装备之一,我国复杂地质的油气开采较难实现,传统钻头在高研磨地层中磨损严重,频繁起下钻导致钻井效率低下。为此,设计一种适用于一趟钻的智能混合钻头。运用CREO软件进行混合钻头的参数化设计,建立三维模型... 石油钻头是油田开采的重要井下装备之一,我国复杂地质的油气开采较难实现,传统钻头在高研磨地层中磨损严重,频繁起下钻导致钻井效率低下。为此,设计一种适用于一趟钻的智能混合钻头。运用CREO软件进行混合钻头的参数化设计,建立三维模型,绘制混合钻头的井底破碎曲线。该钻头PDC部分可以进行轴向伸缩和相对于钻头体转动,钻头PDC部分可伸缩最大距离为5 mm,可转动最大角度为20°;根据钻头钻进时所遇地层可调整混合钻头为PDC主导型或牙轮主导型;将三维模型导入Abaqus仿真软件中进行破岩仿真,得到混合钻头破岩时的机械钻速和岩石的应力场变化。结果表明,混合钻头在破岩过程中主要依靠牙轮切削结构和PDC部分的肩部结构对肩部岩石进行破碎。通过计算可得混合钻头的机械钻速平均为9.62 mm/s。 展开更多
关键词 一趟钻 高研磨地层 智能混合钻头 破岩仿真
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基于自旋转射流的钻头设计研究
12
作者 韦志东 《机械工程与自动化》 2024年第1期33-35,共3页
针对煤层气开采效率低的问题,设计了一种用于开采煤层气的自旋转射流钻头。采用Fluent数值模拟和实验相结合的研究方法,对基于自旋转射流的钻头进行了仿真研究。仿真结果表明:中心射流具有最大速度,中部和边部射流速度较小,但具有空间... 针对煤层气开采效率低的问题,设计了一种用于开采煤层气的自旋转射流钻头。采用Fluent数值模拟和实验相结合的研究方法,对基于自旋转射流的钻头进行了仿真研究。仿真结果表明:中心射流具有最大速度,中部和边部射流速度较小,但具有空间角。通过对比分析三种类型射流钻头的冲蚀破碎煤岩特征,发现自旋转射流钻头冲孔破岩能力要优于直旋混合和空化射流钻头。研究表明:该自旋转射流钻头具有较好的冲蚀破碎煤岩能力。 展开更多
关键词 自旋转射流 数值模拟 钻头 冲孔破岩
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速度对金刚石钻头碎岩过程响应的影响
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作者 王英 高明洋 +2 位作者 张凯 李富强 刘晓 《自动化应用》 2024年第10期197-201,共5页
超高转速钻进技术打破了现有临界规程参数的界限,通过高转速、低钻压、低扭矩的钻进方式,实现高效破岩,为解决深部硬岩地层难以高效钻进的问题提供了切实的解决方法。根据现有的金刚石钻头破岩过程响应机制分析了超高转速钻进技术在该... 超高转速钻进技术打破了现有临界规程参数的界限,通过高转速、低钻压、低扭矩的钻进方式,实现高效破岩,为解决深部硬岩地层难以高效钻进的问题提供了切实的解决方法。根据现有的金刚石钻头破岩过程响应机制分析了超高转速钻进技术在该地层的高效钻进响应,确定了各参数对金刚石钻头钻进过程的影响。根据金刚石钻头破岩响应推导的结果,构建了金刚石钻头在岩石破坏领域中速度与破岩机制的关联。结果表明,超高转速钻进技术提高破岩效率的原因与碎岩机制转变有关,临界速度可能是主导破岩机制转化的关键因素。 展开更多
关键词 金刚石钻头 钻进响应 临界速度 碎岩机制
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龙凤山气田火山岩地层个性化PDC钻头设计与应用
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作者 冯云春 《钻探工程》 2024年第2期94-101,共8页
长岭断陷龙凤山气田主力储层主要分布在火山岩发育的营城组和火石岭组。储层岩石石英含量高、研磨性强,导致机械钻速低、单只钻头进尺短,大幅增加了起下钻换钻头等非生产时间,严重制约钻井提速。本文通过开展岩石力学实验研究,利用测井... 长岭断陷龙凤山气田主力储层主要分布在火山岩发育的营城组和火石岭组。储层岩石石英含量高、研磨性强,导致机械钻速低、单只钻头进尺短,大幅增加了起下钻换钻头等非生产时间,严重制约钻井提速。本文通过开展岩石力学实验研究,利用测井资料建立并修正岩石力学剖面,开展了异型PDC齿研发和钻头切削结构设计优化,研发出一种适合该区块火山岩地层的6刀翼异形齿PDC钻头,现场应用3井次,较其他普通PDC钻头平均进尺提高42.2%,平均机械钻速提高36%,提速降本效果显著。 展开更多
关键词 火山岩地层 岩石力学参数 钻井提速 PDC钻头 异形齿 切削结构设计
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PDC钻头钻井提速关键影响因素研究 被引量:6
15
作者 高德利 刘维 +1 位作者 万绪新 郭勇 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期20-34,共15页
为了在钻井工程中发挥出PDC钻头的最大功效,通过理论分析、室内试验、案例分析、现场试验等,探讨了高钻压、高转速等钻井参数强化对PDC钻头钻速和磨损的影响规律,同时分析了PDC钻头的磨损机理与过早失效主因。研究结果表明:1)钻压是影响... 为了在钻井工程中发挥出PDC钻头的最大功效,通过理论分析、室内试验、案例分析、现场试验等,探讨了高钻压、高转速等钻井参数强化对PDC钻头钻速和磨损的影响规律,同时分析了PDC钻头的磨损机理与过早失效主因。研究结果表明:1)钻压是影响PDC钻头机械钻速的直接和首选因素,当钻头处于高效破岩状态时,无论钻遇一般地层还是硬岩地层,钻压与机械钻速均应呈线性关系;钻遇均质硬岩地层时,建议将200 kN以上高钻压纳入PDC钻头的常规应用参数;2)提高转速可实现钻井提速,虽然高转速会加剧PDC钻头的磨损,但目前切削齿的质量足以满足PDC钻头在高转速(400~500 r/min)下长时间钻进多数地层的需求;3)布齿密度对钻头机械钻速有影响,但并非直接因素,只要“吃得进去,切得下来,排得及时”三者建立动态平衡,即便是高布齿密度PDC钻头也可以实现优快钻进;4)PDC钻头破岩效率越高,钻头磨损会越小,如提高钻压,会增大切削齿吃入深度、减少钻头磨损;5)动态冲击和低效破岩是造成PDC切削齿和钻头过早失效的主因,实现PDC钻头高效钻进的核心是提高破岩效率与抑制钻头振动。该研究结果对PDC钻头合理使用与钻井提速技术创新具有参考意义。 展开更多
关键词 PDC钻头 钻井提速 钻井参数 硬岩提速 钻头失效 切削齿磨损机理
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石油钻井地层岩石研磨性测试装置及评价方法
16
作者 黄勇 邹德永 +3 位作者 王高明 朱丽红 刘永旺 徐建飞 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2023年第1期128-132,共5页
现有岩石研磨性评价多采用金属磨损件,存在对软岩和硬岩评价能力不足、适应性差的问题。该文根据金刚石钻头钻进过程中的磨损机理,以孕镶金刚石材料作为标准磨损件,通过“钻-铣”方式模拟破岩测试岩石研磨性,计算并统计相对磨损量,建立... 现有岩石研磨性评价多采用金属磨损件,存在对软岩和硬岩评价能力不足、适应性差的问题。该文根据金刚石钻头钻进过程中的磨损机理,以孕镶金刚石材料作为标准磨损件,通过“钻-铣”方式模拟破岩测试岩石研磨性,计算并统计相对磨损量,建立岩石研磨性分级标准。采用上述方法和钢杆钻磨法分别对35种岩样进行研磨性评价,该方法获得的研磨性数据呈正态分布特征,符合石油钻井钻遇地层实际情况,测试及分级结果准确可靠。 展开更多
关键词 岩石研磨性 钻头磨损 石油钻井 实验装置
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高压电脉冲破岩机理数值模拟研究
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作者 刘伟吉 张有建 +1 位作者 祝效华 冯文荣 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第5期642-653,共12页
高压电脉冲钻井技术目前已成为一种新型高效的岩石破碎方法,同时也是目前钻井提速领域的研究热点。为了推动高压电脉冲的破岩机理研究,建立了单对电极破碎红砂岩的多物理场耦合电击穿二维数值模型,通过电流场、电击穿场和电路场的耦合... 高压电脉冲钻井技术目前已成为一种新型高效的岩石破碎方法,同时也是目前钻井提速领域的研究热点。为了推动高压电脉冲的破岩机理研究,建立了单对电极破碎红砂岩的多物理场耦合电击穿二维数值模型,通过电流场、电击穿场和电路场的耦合再现均质红砂岩中等离子体通道的产生,分析了电极倾角、电压、电极间距对岩石电击穿(岩石内部等离子体通道的形成)的影响规律。研究表明:等离子体通道由靠近放电电极顶端局部区域开始萌生,并朝着岩石局部介电强度薄弱处发展;随着加载脉冲电压值的增大,电击穿发生时刻逐步降低,岩石模型的等效失效体积逐渐增大;在保证岩石能被电击穿的前提下,增大电极间距能提高高压电脉冲的破岩效率;放电电极的电极倾角逐步增大的过程中,岩石等效失效体积出现明显的波动,其极值多数出现在电极倾角35°~55°的范围之内。为了进一步推动高压电脉冲破岩的工业化应用,在二维模型基础上构建了红砂岩的多物理场耦合动态电击穿三维数值模型,再现了电极钻头破岩过程中岩石内部破碎坑的状貌;与此同时,选用自主设计的同轴型电脉冲钻头开展了电击穿室内实验,电击穿室内实验结果与仿真实验结果相互印证。 展开更多
关键词 高压电脉冲 破岩 电极钻头 电击穿 等离子体通道
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激光-PDC钻头联合破岩机理及特性研究
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作者 黄志强 梁耀文 +2 位作者 陈科 翟预立 雷雨薇 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期315-324,共10页
随着我国油气勘探逐步向深层、超深层和复杂难钻岩层转移,现有的机械钻头存在着破岩效率低及作业成本高等问题。因此,提出了一种新型激光-PDC钻头,以实现高效破岩和节能降耗。采用有限元方法,基于岩石HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模... 随着我国油气勘探逐步向深层、超深层和复杂难钻岩层转移,现有的机械钻头存在着破岩效率低及作业成本高等问题。因此,提出了一种新型激光-PDC钻头,以实现高效破岩和节能降耗。采用有限元方法,基于岩石HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型,建立了激光-PDC(polycrystalline diamond compact,聚晶金刚石复合片)钻头联合破岩非线性动力学模型,开展了激光-PDC钻头联合破岩仿真研究。仿真结果表明:激光的辐射作用使岩石表面受辐射区域产生了较高的温度和较大的预应力,进而在岩石表面形成了相互贯穿的损伤带,降低了岩石强度,更有利于切削齿破碎岩石;与无激光单PDC钻头相比,激光-PDC钻头在破岩过程中受到的反扭矩降低了24.8%,钻头轴向加速度波动幅度降低了10.5%,钻进位移增加了8.67 mm,钻进速度提升了112.79%。搭建了激光-机械联合破岩实验台架,进行了激光-PDC钻头联合破岩实验。实验结果表明,激光-PDC钻头联合破岩有着更好的钻进稳定性和连续性,大大提高了破岩效率。研究结果为激光-机械破岩技术的发展和应用提供了一定的理论支撑和技术支持。 展开更多
关键词 激光-PDC(polycrystalline diamond compact 聚晶金刚石复合片)钻头 联合破岩 激光辐射 破岩特性
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复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究 被引量:2
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作者 秦承帅 孙洪斌 +4 位作者 李利平 刘学港 刘知辉 冯春 孙子正 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期109-120,共12页
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法... 复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。 展开更多
关键词 破岩 复合冲击钻进 PDC钻齿 破岩机理 连续-非连续分析方法 数值模拟
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PDC切削齿直径对切削力的影响规律研究 被引量:2
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作者 未九森 邵方源 +2 位作者 谭紫阳 刘维 高德利 《石油机械》 北大核心 2023年第4期8-15,共8页
针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13... 针对不同地层岩性特点,需进行个性化PDC钻头设计,其中PDC切削齿的直径是重要的钻头优化设计参数之一。为了探究不同PDC切削齿直径对破岩切削力的影响,通过室内模拟试验方法进行研究。试验所用岩样为石灰岩。单齿破岩试验选取了ø13.44、ø15.88、ø19.05、ø21.95 mm的常规圆柱状PDC切削齿和3个不同的切削深度作为试验变量,使用三轴力传感器记录了切削力数据并收集了岩屑,对比了不同试验条件下单齿破岩过程的机械比能和不同直径切削齿的攻击性;使用水平钻机进行了全尺寸钻头破岩试验,对比了3种不同PDC切削齿直径的钻头在3 mm左右吃入深度下的破岩机械比能。试验结果显示:PDC切削齿的破岩切削力并不随着直径的增大而增大;在相同吃入深度下,ø19.05 mm齿的破岩效果最好;随着吃入深度的增加,切削岩石所需要的力变大。全尺寸钻头破岩试验结果表明,ø19.05 mm齿的全尺寸钻头机械比能最低。分析认为,在破岩过程中,PDC切削齿直径会改变岩石内部产生的应力区域,影响PDC切削齿的破岩效果。选取与岩性匹配的PDC切削齿直径能够取得最优的破岩钻进效果。研究结果可为PDC钻头优化设计提供部分理论指导。 展开更多
关键词 PDC钻头 破岩效率 切削力 机械比能 单齿破岩 全尺寸钻头破岩
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