异形单牙轮钻头破岩仿真及齿形选择.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第12期CHINAPETROLEUMMACHINERY钻井技术与装备异形单牙轮钻头破岩仿真及齿形选择邓嵘敖建章杨松安美(西南石油大学机电工程学院)摘要：为了给异形单牙轮钻头每个齿圈选择出破岩效率较高的齿形，进而达到提高整个钻头破岩效率的目的，对异形单牙轮钻头破岩机理进行了研究，建立了异形单牙轮钻头与岩石相互作用的仿真模型，通过有限元分析软件LS—DYNA对钻头的破岩过程进行了仿真，而且通过物理试验对仿真结果进行了验证，并将试验结果与仿真结果进行了对比。建模时牙齿和岩石单元划分均采用三维8节点实体单

2、元3DSOLID164，对岩石的周围和底边采用无放射边界条件并进行全方位约束。分析结果表明，用LS—DYNA仿真软件可以对单牙轮钻头的破岩过程进行较真实的计算机仿真，且能得出理想的结果；异形单牙轮钻头小端齿刮切量较大，大端齿冲击量较大，在为这些齿圈选择和设计牙齿时应综合考虑。关键词：异形单牙轮钻头；破岩机理；牙齿；齿圈；破碎坑；仿真中图分类号：TE921文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．12．003RockBreakingSimulationandCutterSelectio

3、noftheSpecialSingleConeBitDengRongAoJianzhangYangSongAnMei(SchoolofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity)Abstract：ToselectcutterswithhighrockbreakingeficiencyforeachcutterrOWofspecialsingleconebit，andthustoimprovethewholerockbreakingeficiencyofthebit

4、，therockbreakingmechanismofthespecialsingleconebitisstudied．Basedontheestablishedinteractionmodelofthespecialsingleconebitandrock，theprocessofbreakingissimulatedbyusingfiniteelementanalysissoftwareLS—DYNA．Thesimulationisthenverifiedbycon—paringthesimulationandphys

5、icaltestresults．Inthemodel，thecutterandrockunitsaredividedbythree-dimen—sional8-nodesolidelements3DSOLID164．Thesurroundingandbottomoftherockarefullyconstrainedbynon-ra—dioactiveboundaryconditions．Theresultsshowthattherockbreakingprocessofthespecialsingleconebitsim

6、ula—tedbyLS—DYNAsimulationsoftwareispractical，andcandrawdesiredresults．Thecutterswithsmallendhavelargescrapingvolume，andthelarge—endedcuttershavegreatimpact，whichshouldbeconsideredincutterselec—tionanddesignforthecutterrow．Keywords：specialsingleconebit；rockbreakin

7、gmechanism；cutter；cutterrow；crushingpit；simulation钻头的优点，又弥补了它们的不足，在深井和小尺寸井眼中其优越性较为明显。但由于结构的特殊性，异形单牙轮钻头在井底的运动状态和受力情况牙轮钻头作为一种钻井工具，在油气田开发中较为复杂，这决定了它的运动轨迹和破岩过程与其占据着重要地位，而异形单牙轮钻头作为一种新型他钻头相比有其特殊的地方。牙轮钻头，其破岩功能介于三牙轮钻头和PDC钻每个单牙轮钻头上面都会布置多个齿圈，而每头之间。异形单牙轮钻头既有牙轮钻头和PDC个齿圈上牙齿的破岩

8、效率由其齿形决定，这就基金项目：四川省科技支撑计划项目“材料的高效切削与输送技术研究”(2013GZX0159)。一16一石油机械2014年第42卷第l2期社，2002．5结论[6]ZhongZH．Finiteelementproceduresforcontact—impa—ctproblems[M]．