PDC全钻头破岩数值模拟及试验研究.pdf

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2015年第43卷第9期．．钻井技术与装备PDC全钻头破岩数值模拟及试验研究况雨春彭亚洲张雨婷(1．西南石油大学机电工程学院2．油气钻井技术国家工程实验室钻头研究室3．西南油气田分公司邛崃作业区)摘要：为了分析PDC全钻头破岩中单齿受力，一方面通过对比不同切削参数影响下，PDC单齿破岩数值模拟中采用的Mohr—Coulomb本构模型与DruckerPrager本构模型计算结果，评判了模型的计算效率与精度；另一方面进行了PDC全钻头破岩试验，建立了同比条件下更为精细化网格的PDC

2、全钻头破岩有限元模型，将数值模拟结果与试验结果进行了对比。分析结果表明，在不同的工况下，Mohr—Coulomb模型计算的结果误差虽然比DruckerPrager模型略高，但Mohr—Coulomb模型的计算效率是DruckerPrager模型的3．1倍；仿真钻压的平均值误差为2．75％，平均扭矩误差为0．40％，满足工程要求。因此可以利用数值模拟方法研究布齿参数变化对切削工作载荷分布的影响，为个性化的PDC钻头研发提供技术支撑。关键词：PDC钻头；数值模拟；破岩；Mohr—Coulomb模型；DruekerPrager模型中图分

3、类号：TE921文献标识码：Adoi：10．16082／j．cnki．issn．1001-4578．2015．09．003NumericalSimulationandExperimentonRockBreakingofPDCBitsKuangYuchun’PengYazhouZhangYuting(1．CollegeofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity；2．BitResearchDepartmentofOilandGasDrillingTeeh—nologyNa

4、tionalEngineeringLaboratory：3．QionglaiOperationAreaofPetroChinaSouthwestOil&GasFieldCompany)Abstract：InordertoanalyzesinglecutterstressofPDCbitsduringrockbreaking，thispapercomparesthecalculationresultsobtainedbyMohr-CoulombconstitutivemodelandDruckerPragerconstitutive

5、modelinnumeri—-calsimulationofPDCsinglecutterrockbreakingundertheinfluenceofdifferentcuttingparameters，SOastojudgecalculationeficiencyandprecisionofthemodels．Moreover，throughrockbreakingexperimentofPDCbits，thispaperpresentsafiniteelementmodelofPDCbitsrockbreakingwithm

6、orerefinedmeshcomparedwiththesameconditions，andmakesacomparisonbetweensimulationresultsandexperimentalresults．Theanalysisresultsshowthat，althoughtheerrorofcalculationresultofMohr—CoulombmodelisslightlyhigherthanthatofDruckerPragermodelunderdifferentworkingconditions，t

7、hecalculationeficiencyoftheformeris3．1timesthatofthelater．Themeanvalueerorofsimulationdrillingpressureis2．75％，withmeantorqueerorof0．40％，meetingengineeringrequirements．Therefore，thenumericalsimulationmethodcanbeadoptedtoidenti~theimpactofcutterdistribu—tionparametercha

8、ngeonloaddistributionofcutwork，thusprovidingtechnicalsuppo~forresearchanddevelop-mentofindividualPDCbits．Keywords：PDCbits；nu