抗涡旋PDC取心钻头研究及应用

论文摘要

取心钻头是钻进地层、获取岩心的关键工具,取心钻头质量的优劣,将直接影响取心的质量、岩心收获率及作业成本。国内PDC取心钻头的技术现状与国外先进水平相比存在很大的差距,除了切削材料质量的客观原因外,缺少科学的设计理论和方法是一个十分重要的原因。本文从PDC切削齿受力试验入手,采用数理统计的方法分析了PDC切削齿受力与地层岩性、后倾角、切削面积及弧长的关系,建立了PDC取心钻头井底受力模型;同时对PDC取心钻头剖面参数化设计方法、布齿设计方法、井底流场分析方法进行了研究和探讨;以此为基础,形成了一套以力平衡设计为中心的抗涡旋PDC取心钻头设计方法。研制的三种新型PDC取心钻头在现场试验中取得了良好效果,其取心钻进速度较快,岩心收获率在95%以上,目前已大量推广应用,获得了较好的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 PDC 取心钻头的研究及应用现状
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 PDC 取心钻头布齿优化设计
• 2.1 剖面形状设计
• 2.1.1 钻头设计常用的剖面形状
• 2.1.2 冠部剖面形状设计模型及参数化设计方法
• 2.1.3 冠部剖面形状设计程序
• 2.2 布齿设计
• 2.2.1 布齿设计理论
• 2.2.2 切削齿尺寸选择
• 2.2.3 径向布齿设计
• 2.2.4 周向布齿设计
• 2.2.5 切削齿工作角设计
• 第三章 PDC 取心钻头受力分析及侧向力平衡设计
• 3.1 切削齿受力模型的建立
• 3.1.1 PDC 取心钻头切削齿受力的影响因素分析
• 3.1.2 PDC 取心钻头切削齿受力试验
• 3.1.3 试验结果分析
• 3.1.4 切削齿受力模型
• 3.2 钻头受力计算
• 3.2.1 PDC 取心钻头受力模型
• 3.2.2 PDC 取心钻头受力计算程序
• 3.3 侧向力平衡设计
• 3.3.1 侧向力平衡设计方法
• 3.3.2 侧向力平衡设计程序
• 第四章 PDC 取心钻头水力参数优化设计及井底流场数值模拟
• 4.1 PDC 取心钻头水力参数优化设计
• 4.1.1 净化井底所需钻头水马力
• 4.1.2 水力参数优化设计
• 4.2 PDC 取心钻头井底流场数值模拟方法
• 4.3 PSC143-8115 型取心钻头井底流场的数值模拟
• 4.3.1 物理模型
• 4.3.2 网格系统
• 4.3.3 模拟结果分析
• 第五章 抗涡旋PDC 取心钻头设计及应用
• 5.1 新型抗涡旋PDC 取心钻头的研制
• 5.1.1 PMC136-7101 钻头设计
• 5.1.2 PSC143-8115 钻头设计
• 5.1.3 PMC143-8101 钻头设计
• 5.2 现场试验效果
• 5.2.1 PMC136-7101 钻头试验
• 5.2.2 PSC143-8115 钻头试验
• 5.2.3 PSC143-8101 钻头试验
• 5.3 经济效益分析
• 第六章 结论与建议
• 参考文献
• 致谢