PDC切削齿受力的试验研究.pdf

1 1 1 石 　油 　机 　1械 　　 　　　　　　 — 12 — CH INA PETROLEUM MACH INERY 2009年 　第 37卷 　第 11期 1 　试验研1究 　 PDC切削齿受力的试验研究 梁尔国 1 　李子丰 1 　邹德永 2 (1 燕山大学石油工程研究所 　2 中国石油大学 (华东 ) 石油工程学院 ) 　　摘要 　为找出影响 PDC切削齿受力的因素及一般规律 , 利用 PDC切削齿对多种岩样进行切削 试验 , 通过模拟实际钻井中不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态 , 研究了切削面积、 接触弧长、岩石抗钻强度 、切削齿磨损高度等因素对 PDC切??齿受力的影响规律。结果表明 , 在 切削面积相同的情况下 , 切削齿受力随接触弧长 、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性、 幂函数和指数函数趋势增长。基于试验结果 , 并结合后倾角的变化规律 , 引入弧长系数 、磨损高 度系数 , 建立了 PDC切削齿受力模型 , 这为 PDC钻头设计及合理使用、复合材料合成工艺等提供 了参考依据 。 　　关键词 　PDC切削齿 　切削面积 　弧长系数 　磨损高度系数 　受力模型 　　PDC钻头以锋利、耐磨、能够自锐的聚晶金 刚石复合片为切削元件 , 在软到中硬地层中钻进 , 综合经济指标明显高于其他类型钻头。在钻遇硬地 层、高研磨性地层或者软硬交错的硬夹层时 , PDC 钻头磨损快 , 效率往往较低。能以 1只或最少数量 的 PDC钻头完成整个井眼的钻探任务 , 无疑是最 理想的状态。这就要求 PDC钻头要在 2个方面获 图 1　试验装置示意图 得突破 : 一是钻头的科学、合理设计 ; 二是复合片 1—车床 ; 2—岩样卡盘 ; 3—岩样 ; 4—PDC切削齿 ; 5—三 材料合成技术及工艺 。业内人士已经认识到 深刻 , 轴测力仪 ; 6—定位装置 ; 7—锁紧装置 ; 8—数据采集系统 。 认识和准确把握 PDC切削齿受力、磨损规律是上 　　在切削岩石的过程中 , 通过对刀具的径向和轴 述技术获得突破的前提条件。目前 , 国内外对影响 向控制 , 使 PDC切削齿在岩石端面切削出一定深 切削齿破岩受力的主要因素及其影响规律都存在分 度的弧槽 , 其结果等效于切削齿做圆周切削运动 。 歧 [ 1 - 4 ] , 磨损齿的受力研究少有报道 , 而 PDC 钻 PDC切削齿受力主要有切向力 Ft、轴向力 Fa 。方 头绝大部分时间是在磨损状态下工作。笔者采取试