PDC钻头刀具与岩石间的滑动摩擦实验研究.docx

KURU

KURUandWOJTANOWICZ:TECHNICALNOTE

英语专业课外文翻译

专业：机械制造及自动化学号： 130220237

姓名： 蔡攀攀成绩：

导师签名：

PDC钻头刀具与岩石间的滑动摩擦试验

争论

引言

E.KURU? andA.K.WOJTANOWICZ2

?MiddleEastTechnicalUniversity,Turkey.2DepartmentofPetroleumEngineering,LouisianaStateUniversity,BatonRouge,LA70803-6417,U.S.A

由拖刀组成的PDC刀具钻削石盘时在刀具/岩石界面产生摩擦力和热的是有据可查[1,2]。试验室试验[3]和仿真争论说明[4]：摩擦引起发热率超过钻井液冷却刀具的速度，这热量大大地降低了钻头的使用寿命。

钻孔液快速地流到刀具上，并降低刀具温度：〔1〕供给对流冷却〔2〕在岩石/磨平处间添加润滑；〔3〕除石屑和能降低钻削效率的障碍。通过试验室试验和现场的阅历，设计师强化了PDC刀具的对流冷却，进一步的改进降温的作用可能小，由于两个物理限制。第一，高泥流流淌速度阻碍加工高效，由于它能造成不行承受的钻孔流体侵蚀。其次，对流冷却的限制。假设刀具的升温速度大于冷却速度，那么刀具的温度就不能通过增加冷却液的速度来降低。例如，在碳化钨硬质合金的摩擦水平试验中就不能使热量从摩擦面快速散去来掌握刀具温度。在钻头上施加一个更大的竖直方向的力，或者给钻头一个较大的旋转速度。这通常是钻削硬质岩石时所需的。增加钻削液的流淌速度不能很好地改善对流冷却的缘由是PDC层热阻限制热传导[4]。

掌握PDC刀具温度的一个可选择性方法是通过削减在刀具和岩石内层的摩擦来削减摩擦热。金属切削试验[5]说明：当冷却液通过刀具外表时需要更高的摩擦力才能产生可见热点。刀具磨损，切削速度，和钻头与岩石磨擦面的摩擦系数等是掌握摩擦热的大小的主要因素。

PDC刀具切削机理已经通过单一刀具试验[6-9]、全尺寸刀具[7，10，11]试验室试验和全尺寸刀具现场试验[12-14]进展争论。基于广泛的试验室和现场数据，提出了几个模型，这几个模型可以推测PDC钻头磨损性能[15，16]。

Glowka[15]测量阻力并做了关于阻力系数的值报告。他认为阻力等于切削力和摩擦力的总和。后来他得出削减摩擦力可以导致阻力系数削减。阻力和渗透力之间的关系跟切削深度没有关系。这说明钻头外表的摩擦系数是恒定不变的。

Detournay和Defourny[16]建立了一个对PDC钻井的行动模式位的现象学模型。他们通过使用Glowka的试验数据[15]验证他们的模型得出来试验室数据，估算的摩擦系数比其他基于不同岩石种类试验[7]的报道的都高。他们还说刀具下面的接触摩擦角是等于岩石内部摩擦角[16]。他们推想摩擦系数近似等于阻力系数，这一观点有他们估量的阻力系数与Glowka测量[15]的阻力系数相比得到验证。

至于数据，Hibbs和Sogoian[7]已经提出一组关于测量滑动摩擦系数的可利用的数据。他们用一个1.372米长的立式转机床。在他们试验中，在岩石外表重复滑动的PDC刀具上的力被测量。然而，这样的安排不能模拟刀具的切削行为。事实上，PDC刀具的切削行为包括首先切削岩石外表，然后在磨削面上滑动。在Hibbs试验中，推力供给连续的进给，法向力间接地产生向下的位移，刀具切入岩石并不是只在岩石的外表滑动。因此，测量这些切向力等于切割力和摩擦力之和。最终，我的对不同润滑剂对刀具的摩擦影响调查，摩擦系数不是打算性的。

尽管摩擦对刀具磨损率的影响有据可查[1，2]，但通过承受不同钻削液和添加剂来削减摩擦的数据是不够的。因此，我们要测量摩擦系数的试验因素和争论各种因素对摩擦系数的影响，例如法向力，滑动速度，钻井液的类型和不同滑动摩擦系数的岩石类型。

试验设计

这个试验机构的设计是为了测量PDC刀具与岩石外表之间的磨擦系数。用一个单一的刀具钻孔过程中，这个设计能够物理分别两个固有现象：〔1〕切出的岩石外表瞬时曝光；〔2〕在切出的岩石外表滑动行为。这样的设计可以直接测量的摩擦力且不受切削力的影响。图1表示一般的试验。

摩擦试验说明物理原理如图2所示。安装在自由悬浮试验架顶的气缸活塞上把两个PDC刀具推向一个岩石旋转盘两侧。换句话说，岩石旋转盘是“挤”在两刀具之间。由于刀具与岩石之间的摩擦力，岩石转盘带动测试框架向下运动。安装在框架上的应变计用来衡量切向力的大小，同时，刀具的法向载荷等于作用于活塞力上的力。摩擦系数等于切向力与的法向载荷的比值。关于试验具体步骤在其