异形齿切削破碎页岩的试验与数值模拟研究

摘要：

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.

关键词：PDC钻头、异形齿、破岩、效率、载荷、能耗、岩屑

所属期刊栏目：52

分类号：TE921(石油机械设备与自动化)

资助基金：四川省科技计划项目2023YFQ0063

在线出版日期：2024-01-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：11-19