PDC钻头优化设计与选型技术

1、1会计学PDC钻头优化设计与选型技术钻头优化设计与选型技术钻头结构钻头结构设计参数设计参数切削结构切削结构水力结构水力结构切削结构冠部形状刀翼的数量及结构切削齿的分布切削齿的空间结构保径结构水力结构水力结构流道的结构流道的结构喷嘴的分布喷嘴的分布及空间结构及空间结构2 2、水力结构设计的基本参数、水力结构设计的基本参数11jjjjrsrssj 第第j颗切削齿的破岩面积；颗切削齿的破岩面积；Rj第第j颗切削齿距旋转中心的距离。颗切削齿距旋转中心的距离。111jjjjjjArsArsSj第第j颗切削齿的破岩面积；颗切削齿的破岩面积；Rj第第j颗切削齿距旋转中心的距离。颗切削齿距旋转中心的距离。Aj

2、岩石的单位体积破碎功。岩石的单位体积破碎功。 图1PDCPDC钻头的不平衡力钻头的不平衡力二）二）PDCPDC钻头设计理论的最新研究成果钻头设计理论的最新研究成果1）平衡力设计）平衡力设计 图2 钻头切削的井底A常规 B涡动图图3 平衡力设计示意平衡力设计示意 改变切削齿的角改变切削齿的角度及位置度及位置不对称刀翼设计不对称刀翼设计图4 轨道布齿示意图同轨道部齿图5 轨道布齿切削的井底 图图6 冲击抑制器示意图冲击抑制器示意图图8 减振齿设计图图7 钻头容易破坏的部位钻头容易破坏的部位图图8 钻头严重磨损部位钻头严重磨损部位严重磨损部位根据钻头受力差异在不同部位使用不同性能的齿 钻头齿受力的有

3、限元分析钻头齿受力的有限元分析图11 刮刀PDC钻头布齿特点极限密度布极限密度布齿部位齿部位强化部位等切削部位图图12钻头布齿密度的基本思路钻头布齿密度的基本思路局部最大密度布齿局部最大密度布齿图图11 钻头布齿密度的三维展示钻头布齿密度的三维展示最小间距最小间距不同质量不同质量图图12 实际钻头布齿密度展示实际钻头布齿密度展示大小齿组合大小齿组合图图12 大小齿组合的强化方式大小齿组合的强化方式 三维结构设计展示三维结构设计展示 喷嘴角度与喷嘴角度与位置是有限元数位置是有限元数值模拟的计算结值模拟的计算结果。使射流的携果。使射流的携岩效果和水射流岩效果和水射流辅助破岩效果都辅助破岩效果都达到

4、最优。达到最优。 为使岩粉尽为使岩粉尽快排离井底，避快排离井底，避免出现二次破碎免出现二次破碎现象，防止钻头现象，防止钻头泥包，在钻头强泥包，在钻头强度允许的前提下度允许的前提下，最大限度的增，最大限度的增加过流空间。加过流空间。 窄刀翼流道深 中心喷嘴大角度图图18 水力结构的优化结果水力结构的优化结果短保径短保径保保径径齿齿出出刃刃图图18 保径部分结构设计保径部分结构设计冠 部 形 状 设 计打 开 数 据 库等 体 积 原 则 布 齿 设 计加 载 系 统创 建 数 据 库切 削 齿 刀 翼 位 置 确 定切 削 齿 空 间 结 构 参 数 确 定局 部 强 化 设 计满 意 否输 出

5、 钻 头 结 构 数 据否是平 衡 力 设 计聚晶聚晶金刚石层金刚石层 针对长裸眼段、盐膏层等复杂针对长裸眼段、盐膏层等复杂井段，以及定向井钻井，采用适井段，以及定向井钻井，采用适合于倒划眼工艺的设计，每个刀合于倒划眼工艺的设计，每个刀翼加装倒划眼齿，以利于在易缩翼加装倒划眼齿，以利于在易缩径井段顺利倒划起出钻头。径井段顺利倒划起出钻头。 5、地层各向异性，倾角大，防斜与提速存在予盾，限制、地层各向异性，倾角大，防斜与提速存在予盾，限制了钻头功效的发挥；了钻头功效的发挥；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以下合计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