PDC切削齿冲击载荷预测模型的试验研究.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第4期CHINAPTR()UUMMACHJNERY●钻井技术与装备PDC切削齿冲击载荷预测模型的试验研究姜鑫邹德永王家骏陈修平(中国石油大学(华东)石油工程学院)摘要：为了预测PDC切削齿所受冲击力，利用PDC切削齿在不同性质的岩样上进行冲击试验，研究了切削面积、后倾角、岩石压入硬度及切削速度等因素对PDC切削齿所受冲击载荷的影响规律。研究结果表明，PDC切削齿的切向冲击力和轴向冲击力与切肖4面积、岩石的压入硬度和切削速度均呈显著的线性关系；后倾角为lO。左右时，PDC切削齿受到的冲击力最小，随着后倾角的增大，切削齿所

2、受的冲击力呈增大的趋势。建立了PDC切削齿冲击载荷预测模型，通过切削齿的切削参数可以预测切削齿所受冲击载荷的值。实例计算结果与实际测量结果误差在10％以内。该项研究结果为PDC钻头抗冲击性能的优化设计提供了理论依据。关键词：PDC钻头；切削齿；冲击载荷；冲击力；试验研究；预测模型中图分类号：FE92l文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．04．001ExperimentalStudyofthePredictionModelforImpactLoadonPDCCuttersJiangXinZouDeyo

3、ngWangJiajunChenXiuping(CollegeofPetroleumandGasEngineering，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao)Abstract：TopredicttheimpactforceonPDCcutter，theimpacttestofPDCcutterwithrockspecimenofdif-ferentpropertieswascariedout．Thelawofeffectsofcuttingarea，backrakeangle，rockindentationhar

4、dnessandcuttingspeedontheimpactloadofPDCcutterwasstudied．TheresearchfindingsshowthatthetangentialandaxialimpactforcesonPDCcutterareofremarkablelinearrelationtocuttingarea，backrakeangle，rockindentationhardnessandcuttingspeed．Whenbackrakeangleisabout10。，theimpactforceonPDCcutt

5、erreachesthemini—mum．Withtheincreaseofbackrakeangle，theimpactforceonthecuttertendstoincrease．ThepredictionmodelfortheimpactloadonPDCcutterswasestablished．Theimpactloadvaluecanbepredictedthroughthecuttingpa—rameterofthecutter．Theerrorbetweenexamplecalculationandmeasuredresult

6、iswithin10％．Theresearcha—chievementprovidesthetheoreticalbasisforthedesignoptimizationofPDCbitimpact-resistanceperformance．Keywords：PDCbit；cutter；impactload；impactforce；experimentalstudy；predictionmodel失去切削能力，进而导致钻头失效。现场经0引言验表明，影响PDC切削齿所受冲击载荷的主要因素有岩石压入硬度、切削齿后倾角、切削面积PDC钻头在钻进非

7、均质地层时，机械钻速低以及切削速度等一。李田军J、王福修J、且使用寿命短。原因是当PDC钻头钻遇该种地G．Pelfene¨1。。等人通过现场经验得到定性的关系，层时，切削齿容易受到较大的冲击载荷发生崩齿而但是缺乏定量模型，因此无法预测PDC切削齿所基金项目：国家“十二五”科技重大专项“胜利油田薄互层低渗透油田开发示范工程”之子课题“薄互层水平井导向PDC钻头优化设计及导向特性研究”(05Z12020300)；2010年度高等学校博士学科点专项科研基金项目“石油钻井地层岩石研磨性定量评价方法研究”(20100133110002)。石油机械2014

8、年第42卷第4期受冲为此，笔者将PI)C切削在不同性质的样I进行ilj『J试验，研究同l大1索对削冲2试验结果分析载倚的影响胤律，建立rPDC切削齿所