牙轮—PDC混合钻头的破岩特性及温度场变化

摘要：

较之于常规的PDC钻头或牙轮钻头,牙轮—PDC混合钻头有着更好的破岩效果,其破岩过程产生的热量对其使用寿命和钻井效率都有着重要的影响,但目前对其破岩过程中温度场和破岩特性的研究还不够深入.为了给混合钻头的优化和推广提供理论支撑,基于有限元法、弹塑性力学等建立钻头破岩仿真模型,据此研究了破岩过程中的混合钻头温度场变化规律和破岩特性.研究结果表明:①牙轮主导型混合钻头破碎岩石时牙轮切削结构先冲击岩石,形成破碎坑,PDC切削齿再进行剪切,而PDC主导型混合钻头由PDC切削齿对岩石进行刮切形成沟槽,牙轮切削齿再对岩石进行破碎;②混合钻头在破岩初始阶段温度上升较快,一段时间后趋于平稳且钻压越大温度越高;③较之于PDC钻头和牙轮钻头,混合钻头破岩过程中温度更低,混合钻头破岩量大于单个PDC钻头和单个牙轮钻头破岩总量之和;④混合钻头在硬地层中的破岩温度高于在软地层中的破岩温度,而钻速则相反;⑤钻头破岩温度和破岩特性与其自身结构有关.结论 认为,该研究成果有助于混合钻头的优化设计和推广应用.

关键词：牙轮—PDC混合钻头、Drucker-Prager温度场、破岩特性、钻头结构、钻压、破岩量、机械钻速

所属期刊栏目：40

资助基金：陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究;性能评估方法”

在线出版日期：2020-05-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：99-106