基于有限元法的旋冲破岩提速仿真分析

摘要

旋转冲击钻井技术是深井、超深井钻井常用的提速措施之一,可以有效提高钻头破岩速率.相较于旋冲工具的迅速发展,冲击参数对钻头破岩效率影响的量化研究还不多见.本文利用有限元法研究旋冲钻井配合PDC钻头的破岩提速机理,研究冲击参数对岩石破碎体积、机械钻速的影响,仿真结果表明:随着冲击载荷增加,冲击破碎坑深度和体积相应增加,增加趋势先快后慢;随冲击频率增加,冲击破岩有效覆盖面积先增大后减小,最优频率跟钻头布齿、地层特性、冲击载荷都有关联;8-1/2寸PDC钻头旋冲钻井,中硬地层推荐冲击力20～45kN,坚硬地层推荐30～60kN,冲击频率推荐25～40Hz.利用有限元法模拟钻头破岩过程,可针对不同岩性地层、钻头类型、钻井参数进行冲击参数优选,为旋冲工具的参数优选和性能改进提供理论支撑.