异形PDC齿切削破碎非均质花岗岩机理研究

作     者：刘和兴 罗云旭 刘伟吉 马传华 吴艳辉 祝效华 柳亚亚 Liu Hexing;Luo Yunxu;Liu Weiji;Ma Chuanhua;Wu Yanhui;Zhu Xiaohua;Liu Yaya

作者机构：中海石油(中国)有限公司湛江分公司 西南石油大学机电工程学院 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2022年第50卷第4期

页      面：22-31页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金“热致裂辅助钻齿切削破碎非均质硬岩机理研究”(52004229) 四川省科技计划项目“基于岩石塑-脆性破碎临界转变机理的钻井提速新方法研究”(自由探索型-19YYJC2783) 

主　　题：破岩机理 异形PDC齿 花岗岩 围压 有限元 

摘      要：为了进一步明晰难钻地层(如花岗岩地层)中异形PDC齿的破岩机理,采用有限元建立了含不同矿物组分的细观非均质花岗岩模型,同时还建立了10种常见的异形PDC齿在不同围压条件下的切削破岩模型,并对其破岩机理进行了分析。研究结果表明:鞍形齿和双曲面齿的破岩效率最高,其原因为这两种齿形能在实现移除区的脆性破碎的同时减少影响区的纵向破碎;围压对钻齿的破岩效率和攻击性有抑制作用,其原因为围压的增加使得移除区以塑性破碎为主,且锥形齿的破岩效率对围压变化最敏感,而围压的增加对双曲面齿和鞍形齿的破岩效率抑制作用最不显著;研究的10种PDC齿形被分为曲面齿、平面齿和凸刃齿3类,且这3类齿的应力集中状态依次增大。研究结果可为钻齿的选择、钻头的设计优化以及钻井参数的优选提供依据。