地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动分析

摘要：

PDC钻头在钻遇软硬交错地层时,容易出现切削齿崩齿或损坏等情况.针对该问题,研究了在钻进过程中地层硬度突增时PDC钻头黏滑振动特性,建立了PDC钻头的扭转振动的扭摆模型.基于PDC单齿切削岩石及钻头处钻压的施加原理,建立了“钻头-岩石”相互作用模型,采用算例分析了地层硬度突增后PDC钻头处的扭矩及转速随时间的变化规律,并得出钻头转速波动的相轨迹.分析结果表明:在PDC钻头钻进过程中,当所钻地层硬度突增后,PDC钻头会出现扭转振动,表现为钻头运动的相轨迹收敛于稳定的椭圆形极限环,其振幅与突增后的岩石硬度成正比;当突增后岩石硬度较大时,会出现PDC钻头的黏滑振动,为一种稳定的自激振动;岩性的突变是造成PDC钻头黏滑振动的一个重要原因,而PDC钻头与岩石之间的非线性摩擦阻力是造成PDC钻头黏滑振动自激属性的根本原因.研究结果对钻井工程参数的优选及降本增效有很好的指导意义.

关键词：地层硬度、黏滑振动、钻压、岩性突变、PDC钻头

所属期刊栏目：47

分类号：TE921(石油机械设备与自动化)

资助基金：国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键工具与装备”2016ZX05021-003;国家自然科学基金青年项目“复合冲击钻井技术的破岩机理及优化设计方法研究”51804013

在线出版日期：2019-09-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：15-20