定向井PDC鉆頭受力模型及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著石油工業(yè)的發(fā)展，定向鉆井技術(shù)在石油鉆探工程中的應(yīng)用迅速增加，定向井的數(shù)量也越來(lái)越多。在定向鉆井中，通常采用旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)與滑動(dòng)鉆進(jìn)相結(jié)合的方式鉆取所需的井眼軌跡。 由于PDC鉆頭相對(duì)于牙輪鉆頭來(lái)說(shuō)具有機(jī)械鉆速高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于石油鉆井中。但是PDC鉆頭在定向井鉆進(jìn)時(shí)會(huì)經(jīng)常發(fā)生定向性能不穩(wěn)定，工具面角變化劇烈，不易控制的現(xiàn)象，甚至于會(huì)造成井下動(dòng)力鉆具減速停機(jī)，損毀井下動(dòng)力鉆具。使得在使用PDC鉆頭在定向鉆

2、進(jìn)時(shí)變得特別困難而又耗費(fèi)時(shí)間。因此有必要對(duì)在定向井中使用的PDC鉆頭進(jìn)行相關(guān)研究，找出在定向井中鉆進(jìn)時(shí)PDC鉆頭的冠部輪廓、切削齒布置與工具面角變化以及鉆頭的定向性能關(guān)系。 本文首先系統(tǒng)地對(duì)PDC鉆頭的設(shè)計(jì)理論與特點(diǎn)進(jìn)行了分析研究，包括冠部輪廓研究、水力學(xué)研究和布齒研究等。 本論文利用有限元分析軟件對(duì)PDC鉆頭在定向井中的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究了不同冠部輪廓的PDC鉆頭在鉆壓的作用下與巖石相互作用時(shí)，巖石應(yīng)力的大小和分布