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孕镶金刚石钻头切削力学研究

左龙  
【摘要】:孕镶金刚石钻头切削力学研究是解决深部难钻地层高效钻进问题的有效途径。孕镶金刚石钻头切削力学性能的优劣从根本讲要取决于其切削元件的性能,本文通过大量的孕镶金刚石切削元件钻岩单元实验,系统地开展了孕镶金刚石切削元件切削力学性能测试评价方法研究,研究了“微切削”破岩方式下金刚石粒度、浓度、钻压和转速对钻头切削效率和耐磨性能的影响关系,以及钻头与不同强度条件的岩石适应性关系。从切削性能出发,提出了孕镶金刚石切削元件切削效率和耐磨性能分析评价实验方法,并分析得出了钻头切削效率和耐磨性与不同岩石相适应的最优因素水平组合;从切削力出发,分析并建立了孕镶齿和孕镶金刚石钻头切削力经验模型,揭示了岩石切削力学行为,从而对孕镶金刚石钻头破岩机理有了更本质的认识。 本文研究工作主要包括: 1.研究了影响孕镶金刚石钻头钻进性能的主要因素,并分析了其切削岩石的基本原理,以及孕镶金刚石钻头在钻进过程中的主要失效形式。 2.对西南石油大学钻头实验室实验机进行改造设计,加装水力循环系统、测试与控制系统等;根据实际孕镶金刚石钻头工作原理,设计室内实验用孕镶微钻头;根据性能测试要求,设计扭矩和轴向力测量传感器,为实验奠定装备基础。 3.孕镶金刚石切削元件钻岩单元实验方法研究,结合室内实验条件,进行了实验测试、实验数据处理、以及切削效率和耐磨性能实验评价方法研究。 4.孕镶齿切削力实验研究,建立了单颗孕镶齿的切削力经验模型,然后对钻头上所有齿的力矢量求和,建立了孕镶金刚石钻头的切削力经验模型。 5.针对两只同尺寸的PDC钻头和孕镶金刚石钻头,分别进行了模拟钻井条件下工作载荷的测试室内实验,对切削力经验模型进行了检验。


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