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PDC钻头切削断面对破岩效率的影响

祝效华;易勤健

【摘要】Accordingtotheelastic-plasticmechanicsandrock

mechanics,theDrucker-Pragercrite-rionwasusedastherockconstitutive

relationandtheshearcriterionwasusedtopredictdamageiniti-

ations.BasedonthefeasibilityofrockmodelandPDCcutter-rock

modelingmethod,athree-dimen-sionalsimulationmodelofcutting

shapesrockwithaPDCcutterwasestablished,andtheinfluencesof

cuttingareas,thebackrakeanglesandsiderakeanglesofthePDCcutters

onrockbreakingeffi-ciencywerestudiedfordifferentconfining

pressures.Theresultsshowthatreducingthecuttingshapeareasunder

anyconfiningpressuresisbenefittorockbreaking,andthewidecutting

shapesmaybeusedinPDCbits.Comparedwiththesiderakeanglesofthe

PDCcutters,thebackrakeanglesofthePDCcuttershavegreatereffects

onrockbreakingefficiency,andtheoptimalbackrakeangleisas5°atlow

confiningpressureandisas20°athighconfiningpressures.%基于弹塑性力

学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为岩石的本构关系,采用剪切失效准则,在

验证岩石模型及PDC齿破岩建模方法可行性的基础上,建立了PDC齿切削3种典

型断面岩石的三维有限元模型,并针对井底不同围压,研究了切削断面的面积、切削

齿的后倾角及侧转角对破岩效率的影响.结果表明:不论何种围压,减小切削断面的面

积有利于岩石的破碎,且应多采用宽切削断面进行PDC钻头径向布齿;切削齿后倾

角对岩石破碎效率影响大于切削齿的侧转角对岩石破碎效率影响,切削齿最优破岩

后倾角在低围压下为5°,在高围压下为20°.

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【期刊名称】《中国机械工程》

【年(卷),期】2018(029)007

【总页数】7页(P817-823)

【关键词】PDC钻头;切削断面;破岩效率;Drucker-Prager准则;数值模拟

【作者】祝效华;易勤健

【作者单位】西南石油大学机电工程学院,成都,610500;西南石油大学机电工程学

院,成都,610500

【正文语种】中文

【中图分类】TE921

0引言

在油气勘探开发过程中，PDC(polycrystallinediamondcompact)钻头凭借其钻

速高、寿命长和成本低等特点得到了广泛应用。相对于牙轮钻头的冲击、压碎破碎

岩石，PDC钻头通过固定PDC齿剪切破碎岩石显然更加有效。然而，随着钻探活

动向