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1、PDC钻头岩石研磨性试验探究 摘要：利用微型钻头模拟PDC钻头的切削破岩过程,对PDC钻头的岩石研磨性进行了试验研究。根据有关磨损理论,提出以PDC切削刃在单位正压力下经过单位摩擦路程的体积磨损量作为岩石的研磨性系数,建立了根据研磨性系数预测PDC切削齿磨损寿命的理论模型。用试验方法测定了泥板岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、石灰岩、花岗岩等不同岩样的研磨性系数,其数值范围为10-6～10-3mm3/(kN·m)。采用公比为10的等比级数分级方法,将我国石油钻井地层的研磨性分成四级。对直径216mm的PDC钻头的磨损分析表
2、明,在研磨性系数小于5×10-5mm3/(kN·m)的低研磨性地层中,切削齿的磨损寿命可达350h左右;而在研磨性系数大于5×10-4mm3/(kN·m)的高研磨性地层中,切削齿磨损寿命在10h以下。关键词：PDC钻头；岩石；研磨性；试验；切削齿；使用寿命；Abstract:Theuseofmicro-simulationPDCbitsdrillcuttingrockbreakingprocess,PDCdrillbitforrockabrasivenesswerestudied.Accordingtothewearan
3、dteartheory,toPDCcuttingedgeintheunitaftertheunitisunderpressurefromthe8volumeoftheamountofwearoffrictionrockabrasivenessasestablishedcoefficientpredictionbasedabrasivewearlifeofPDCcuttertheoreticalmodel.Testmethodsfordeterminationofshale,sandyshale,argillaceouss
4、andstone,sandstone,limestone,graniteandotherrocksofdifferentkindofabrasiveness,itsvaluerangesfrom10-6~10-3mm3/(kN·m).Usingcommonratioof10geometricprogressionclassificationmethod,China’soildrillingabrasiveformationsintofour.216mmindiameterPDCbitwearanalysisshowedt
5、hattheabrasivecoefficientislessthan5×10-5mm3/(kN·m)oflowabrasiveformations,cuttingteethwearlifeofupto350haround;whileinabrasivecoefficientgreaterthan5×10-4mm3/(kN·m)ofhighlyabrasiveformations,thecuttingteethlesswearlifein10h.Keywords:PDCdrillbits;rock;abrasive;tr
6、ial;cuttingteeth;life;中图分类号：P634.5+5文献标识码：文章编号：8钻头破碎岩石是一个钻头和岩石相互发生作用的过程。钻头在破碎岩石以后，肯定会受到岩石的反作用力从而发生磨损，进一步会加剧钻头的消耗，减低破碎岩石测工作效率，占用较长的下钻作业时间，从而大大降低钻井效率。通过大量的实践证明，PDC钻头应用在软性、中硬度的地研磨性地层中，寿命长、钻岩的速度快且进尺多；但是PDC钻头应用在高研磨性地层中，使用效果很差。下面本文主要针对PDC钻头对所钻地层性质较敏感的特性，探究在高研磨性地层中，如何改进
7、PDC钻头设计功能，从而提高应用效果。一、PDC齿设计和检测技术分析1、加长PDC齿轮廓设计一般情况下，PDC钻头切削齿是圆形的，但是通过研究圆形的切削齿发现，如果把复合片进一步加工成为具有长轴和短轴的椭圆形齿状，把它的横向尺寸或者纵向尺寸调整到0.68左右，加长齿的有效工作长度，那么将非常有利于提高工作效率。由于复合制造企业生产出来的PDC齿只是简单地对大尺寸圆形复合片进行了二次加工，其直径大小通常为8毫米、13毫米、16毫米等系列。但根据高研磨性地层的特征，需要加工出￠19毫米以及￠13毫米这两种加长齿类型的复合片。
8、2、加长型PDC齿有限元的分析2.1PDC钻头切削齿的直径对切削力的作用8当切削齿的直径增大时，它所需的钻压、扭矩也会同步增大。在同样的工作条件下，小齿比大齿更易切入岩石层。因为小直径齿切削刃的曲率高，可以在和岩石的接触范围内形成较高的接触应力，从而进一步促使岩石变形和破坏。在使用PDC齿切削岩石的时候，在破碎岩石体
