抗涡旋PDC取心钻头研究与应用

摘要

取心钻头是钻进地层、获取岩心的关键工具，取心钻头质量的优劣，将直接影响取心的质量、岩心收获率及作业成本。国内PDC取心钻头的技术现状与国外先进水平相比存在很大的差距，除了切削材料质量的客观原因外，缺少科学的设计理论和方法是一个十分重要的原因。本文从PDC切削齿受力试验入手，采用数理统计的方法分析了PDC切削齿受力与地层岩性、后倾角、切削面积及弧长的关系，建立了PDC取心钻头井底受力模型；同时对PDC取心钻头剖面参数化设计方法、布齿设计方法、井底流场分析方法进行了研究和探讨；以此为基础，形成了一套以力平衡设计为中心的抗涡旋PDC取心钻头设计方法。研制的三种新型PDC取心钻头在现场试验中取得了良好效果，其取心钻进速度较快，岩心收获率在95％以上，目前已大量推广应用，获得了较好的经济效益和社会效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究目的及意义

1.2 PDC取心钻头的研究及应用现状

1.3本文研究内容

第二章PDC取心钻头布齿优化设计

2.1剖面形状设计

2.1.1钻头设计常用的剖面形状

2.1.2.冠部剖面形状设计模型及参数化设计方法

2.1.3.冠部剖面形状设计程序

2.2布齿设计

2.2.1布齿设计理论

2.2.2切削齿尺寸选择

2.2.3径向布齿设计

2.2.4周向布齿设计

2.2.5切削齿工作角设计

第三章PDC取心钻头受力分析及侧向力平衡设计

3.1切削齿受力模型的建立

3.1.1 PDC取心钻头切削齿受力的影响因素分析

3.1.2 PDC取心钻头切削齿受力试验

3.1.3试验结果分析

3.1.4切削齿受力模型

3.2钻头受力计算

3.2.1 PDC取心钻头受力模型

3.2.2 PDC取心钻头受力计算程序

3.3侧向力平衡设计

3.3.1侧向力平衡设计方法

3.3.2侧向力平衡设计程序

第四章PDC取心钻头水力参数优化设计及井底流场数值模拟

4.1 PDC取心钻头水力参数优化设计

4.1.1净化井底所需钻头水马力

4.1.2水力参数优化设计

4.2 PDC取心钻头井底流场数值模拟方法

4.3 PSC143-8115型取心钻头井底流场的数值模拟

4.3.1物理模型

4.3.2网格系统

4.3.3模拟结果分析

第五章抗涡旋PDC取心钻头设计及应用

5.1新型抗涡旋PDC取心钻头的研制

5.1.1 PMC136-7101钻头设计

5.1.2 PSC143-8115钻头设计

5.1.3 PMC143-8101钻头设计

5.2现场试验效果

5.2.1 PMC136-7101钻头试验

5.2.2 PSC143-8115钻头试验

5.2.3 PSC143-8101钻头试验

5.3经济效益分析

第六章结论与建议

参考文献

致 谢