锥形PDC齿犁切破岩受力试验研究.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第9期CHINAPETROLEUMMACHINERY一23一●钻井技术与装备锥形PDC齿犁切破岩受力试验研究孙源秀邹德永侯绪田豆宁辉(1．中国石油大学(华东)石油工程学院2．中国石化石油工程技术研究院)摘要：鉴于锥形PDC齿的相关理论与技术研究尚处于起步阶段，国内还未见相关研究报道的现状，设计了锥形PDC齿，通过单齿破岩试验分析了锥顶直径、切削角、吃入深度和岩石硬度等主要参数对锥形PDC齿受力的影响，同时将锥形PDC齿受力与常规PDC齿进行了对比。分析结果表明，在相同的吃入深度下，锥形

2、PDC齿所受的轴向力和切向力均随锥顶直径的增大而增大，说明锥形齿越尖锐，吃入岩石的能力越强；在钻进花岗岩、大理岩和石灰岩时，切削角为15。时的轴向力最小，吃入岩石能力最强；在吃入深度相同的情况下，锥形PDC齿所受轴向力和切向力都小于常规PDC齿，锥形PDC齿的破岩方式为犁切破岩。研究成果对研制高效破碎硬地层的新型PDC钻头具有一定的指导意义。关键词：锥形PDC齿；犁切破岩；切削角锥顶直径；吃入深度；岩石硬度中图分类号：TE921文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．0

3、9．006TestofForceofConicalPDCCutterduringRockPlow-breakingSunYuanxiuZouDeyongHouXutianDouNinghui(1．CollegeofPetroleumEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao；2．ResearchInstituteofPetroleumEngineering，SINOPEC)Abstract：Inviewthatthetheoryandtechnologyrese

4、archonconicalPDCcutterisstillininitialphaseandnorelatedresearchhasbeenreportedinChina．aconicalPDCcutteriSdesigned．Theeffectsofparameterslikeconicalcuttervertexdiameter，cuttingangle，bitingdepthandrockhardnessontheforcesdistributionofconicalPDCcut—terareanalyz

5、edthroughsinglecutterrockbreakingtest．Meanwhile，theconicalPDCcutteriscomparedwithcon—ventionalPDCcuttersonthecutterforces．Theresultsshowedthat，giventhesamebitingdepth，theaxialforceandtangentialforceoftheconicalPDCcutterbothincreasewiththestingercutterve~exdi

6、ameter，whichindicatesthatthesharpertheconicalcutteris，thegreaterbitingcapacitytheconicalcutterhas．Indrillinggranite，marbleandlimestone，theminimumaxialforceandthegreatestbitingcapacitywillbegainedwhenthecuttingangleis15O．Giventhesamebitingdepth．theaxialforcea

7、ndtangentialforceoftheconicalPDCcutteraresmallerthanthatofconventionalPDCcutters．TherockbreakingmodeloftheconicalPDCcutterisplow—breaking．Keywords：conicalPDCcutter；plow-breaking；cuttingangle；diameterofconicalcuttervertex；bitingdepth；rockhardness法等方面开展了大量研究工作

8、。其中，异于常0引言规PDC复合片的锥形PDC齿已在国外实验室以及一些现场硬岩试验中取得了很好的破岩效果，为提目前，国内外钻井工作者针对硬地层破岩效率高硬地层的钻井速度提供了新的思路，但相关理论低的问题，从改进钻头设计和发展新的钻井破岩方与技术研究尚处于起步阶段，国内还未见相关研究$基金项目：国家科技重大专项“中东富油气区复杂地层井筒关键技术”(2011ZX05031—004)。石油机