全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩过程数值模拟

作者：闫炎; 韩礼红; 刘永红; 杨尚谕; 曹婧; 牟易升

来源：石油机械, 2023, 51(06): 36-42.

DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2023.06.005

• 全尺寸PDC钻头
• 旋转冲击
• 破岩过程
• 岩石应力
• 冲击力

旋转冲击破岩机理作为旋转冲击钻井技术的关键基础问题，始终未能得到很好的解决，限制了旋转冲击钻井技术的推广与应用。为了揭露旋转冲击破岩过程，基于有限元方法，依据旋转冲击破岩试验数据，建立并验证了全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩数值模型及模拟方法，利用该模拟方法分析了全尺寸PDC钻头在常规破岩与旋转冲击破岩方式下岩石应力的变化情况。分析结果表明：常规破岩岩石的损伤主要发生在齿底与齿前，旋转冲击破岩岩石的损伤主要发生在齿底、齿前与齿周；在冲击力增大阶段，齿前岩石主要受拉、剪作用；在冲击力衰减阶段，齿前岩石主要受压、剪作用；且不同岩石类型的冲击载荷与冲击频率的最佳组合并不一致。所得结论可为旋转冲击钻井技术的推广提供一定的理论支撑。

• 单位
  机电工程学院; 中国石油大学（华东）