PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù)

1、1會(huì)計(jì)學(xué)PDC鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù)鉆頭優(yōu)化設(shè)計(jì)與選型技術(shù)鉆頭結(jié)構(gòu)鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)切削結(jié)構(gòu)切削結(jié)構(gòu)水力結(jié)構(gòu)水力結(jié)構(gòu)切削結(jié)構(gòu)冠部形狀刀翼的數(shù)量及結(jié)構(gòu)切削齒的分布切削齒的空間結(jié)構(gòu)保徑結(jié)構(gòu)水力結(jié)構(gòu)水力結(jié)構(gòu)流道的結(jié)構(gòu)流道的結(jié)構(gòu)噴嘴的分布噴嘴的分布及空間結(jié)構(gòu)及空間結(jié)構(gòu)2 2、水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)、水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)11jjjjrsrssj 第第j顆切削齒的破巖面積；顆切削齒的破巖面積；Rj第第j顆切削齒距旋轉(zhuǎn)中心的距離。顆切削齒距旋轉(zhuǎn)中心的距離。111jjjjjjArsArsSj第第j顆切削齒的破巖面積；顆切削齒的破巖面積；Rj第第j顆切削齒距旋轉(zhuǎn)中心的距離。顆切削齒距旋轉(zhuǎn)中心的距離。Aj

2、巖石的單位體積破碎功。巖石的單位體積破碎功。 圖1PDCPDC鉆頭的不平衡力鉆頭的不平衡力二）二）PDCPDC鉆頭設(shè)計(jì)理論的最新研究成果鉆頭設(shè)計(jì)理論的最新研究成果1）平衡力設(shè)計(jì)）平衡力設(shè)計(jì) 圖2 鉆頭切削的井底A常規(guī) B渦動(dòng)圖圖3 平衡力設(shè)計(jì)示意平衡力設(shè)計(jì)示意 改變切削齒的角改變切削齒的角度及位置度及位置不對稱刀翼設(shè)計(jì)不對稱刀翼設(shè)計(jì)圖4 軌道布齒示意圖同軌道部齒圖5 軌道布齒切削的井底 圖圖6 沖擊抑制器示意圖沖擊抑制器示意圖圖8 減振齒設(shè)計(jì)圖圖7 鉆頭容易破壞的部位鉆頭容易破壞的部位圖圖8 鉆頭嚴(yán)重磨損部位鉆頭嚴(yán)重磨損部位嚴(yán)重磨損部位根據(jù)鉆頭受力差異在不同部位使用不同性能的齒 鉆頭齒受力的有

3、限元分析鉆頭齒受力的有限元分析圖11 刮刀PDC鉆頭布齒特點(diǎn)極限密度布極限密度布齒部位齒部位強(qiáng)化部位等切削部位圖圖12鉆頭布齒密度的基本思路鉆頭布齒密度的基本思路局部最大密度布齒局部最大密度布齒圖圖11 鉆頭布齒密度的三維展示鉆頭布齒密度的三維展示最小間距最小間距不同質(zhì)量不同質(zhì)量圖圖12 實(shí)際鉆頭布齒密度展示實(shí)際鉆頭布齒密度展示大小齒組合大小齒組合圖圖12 大小齒組合的強(qiáng)化方式大小齒組合的強(qiáng)化方式 三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展示三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展示 噴嘴角度與噴嘴角度與位置是有限元數(shù)位置是有限元數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)值模擬的計(jì)算結(jié)果。使射流的攜果。使射流的攜巖效果和水射流巖效果和水射流輔助破巖效果都輔助破巖效果都達(dá)到

4、最優(yōu)。達(dá)到最優(yōu)。 為使巖粉盡為使巖粉盡快排離井底，避快排離井底，避免出現(xiàn)二次破碎免出現(xiàn)二次破碎現(xiàn)象，防止鉆頭現(xiàn)象，防止鉆頭泥包，在鉆頭強(qiáng)泥包，在鉆頭強(qiáng)度允許的前提下度允許的前提下，最大限度的增，最大限度的增加過流空間。加過流空間。 窄刀翼流道深 中心噴嘴大角度圖圖18 水力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果水力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果短保徑短保徑保保徑徑齒齒出出刃刃圖圖18 保徑部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保徑部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冠 部 形 狀 設(shè) 計(jì)打 開 數(shù) 據(jù) 庫等 體 積 原 則 布 齒 設(shè) 計(jì)加 載 系 統(tǒng)創(chuàng) 建 數(shù) 據(jù) 庫切 削 齒 刀 翼 位 置 確 定切 削 齒 空 間 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 確 定局 部 強(qiáng) 化 設(shè) 計(jì)滿 意 否輸 出

5、 鉆 頭 結(jié) 構(gòu) 數(shù) 據(jù)否是平 衡 力 設(shè) 計(jì)聚晶聚晶金剛石層金剛石層 針對長裸眼段、鹽膏層等復(fù)雜針對長裸眼段、鹽膏層等復(fù)雜井段，以及定向井鉆井，采用適井段，以及定向井鉆井，采用適合于倒劃眼工藝的設(shè)計(jì)，每個(gè)刀合于倒劃眼工藝的設(shè)計(jì)，每個(gè)刀翼加裝倒劃眼齒，以利于在易縮翼加裝倒劃眼齒，以利于在易縮徑井段順利倒劃起出鉆頭。徑井段順利倒劃起出鉆頭。 5、地層各向異性，傾角大，防斜與提速存在予盾，限制、地層各向異性，傾角大，防斜與提速存在予盾，限制了鉆頭功效的發(fā)揮；了鉆頭功效的發(fā)揮；6.876.872.332.331.81.80.850.850.720.726.926.922.282.280.570.57

6、0.950.950 01 12 23 34 45 56 67 78 816(171/2)16(171/2)121/4121/481/281/257/8-65/857/8-65/857/857/8以下以下20022002年年20032003年年759.84759.84389.02389.02307.7307.784.6584.6533.8433.84589.34589.34335.75335.7539.139.164.6964.690 010010020020030030040040050050060060070070080080016(171/2)16(171/2)121/4121/481/2

7、81/257/8-65/857/8-65/857/857/8以下以下20022002年年20032003年年18.0418.046.816.811.521.521.031.035.765.764.314.311.531.5302468101214161820121/481/257/8-65/857/8以下2002年2003年787.81787.81890.33890.336 6148.26148.26447.03447.03442.27442.2794.5994.5901002003004005006007008009001000121/481/257/8-65/857/8以下2002年200

8、2年2003年2003年1.261.260.780.788.978.971.681.681.691.691.021.0201234567891016(171/2)121/481/257/8-65/820022002年年20032003年年127.09127.09358.89358.89939.17939.1752.9452.94263.87263.87405.22405.220100200300400500600700800900100016(171/2)121/481/257/8-65/82002年2002年2003年2003年6.876.872.352.354.034.030.90.90.820.823.253.258.388.384.544.544.244.241.281.280.950.953.893.8901234567891016(171/2)121/481/257/8-65/857/8以下合計(jì)20022002年年20032003年年759.84759.84403.74403.74595.66595.6686.986.938.8638.86442.76442.76822.56822.56437.82437.82470.6470.676.3576.3