PDC单齿切削破碎天然气水合物参数优选研究.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第8期CHINAPETROLEUMMACHJNERY●钻井技术与装备PDC单齿切削破碎天然气水合物参数优选研究皮兴强伍开松(西南石油大学)摘要：我国南海天然气水合物藏采用固态流化开采技术进行开采时，首先遇到的问题是如何高效切削破碎天然气水合物。根据我国南海天然气水合物赋存条件，通过查阅文献选取了类似我国南海天然气水合物特性的本构关系。同时，基于非线性有限元分析ABAQUS软件平台，建立了钻头牙齿破碎天然气水合物的三维仿真模型，开发了钻头牙齿破碎天然气水合物的有限元仿真方法和程序。利用所开发的程序评价了PDC单齿切削破碎天然气水合物的破碎效果

2、。研究结果表明，PDC齿的最佳前倾角为[17．5。，20．0。]，切削深度在4mm以上为宜，最合适的PDC齿倒角建议在[45．0。，52．5。]之间。所开发的程序和得出的结论可为天然气水合物钻头设计奠定基础。关键词：天然气水合物；PDC齿；本构关系；有限元；破碎；钻头中图分类号：TE921文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．08．013ParameterOptimizationofSinglePDCCutterinBreakingNaturalGasHydratePiXingqiangWuKaisong(Southwes

3、tPetroleumUniversity)Abstract：InthenaturalgashydratedevelopmentinSouthChinaSeabyusingfluidizedsolidtechnology，thefirstproblemishowtoefficientlydrillnaturalgashydrates．AccordingtothegashydratereserveconditionsinSouthChinaSea，theconstitutiverelationofgashydratesinSouthChinaSeaisdetermine

4、dbyreferringtoliterature．Meanwhile，athree—dimensionalsimulationmodelofdrillbitcutterbreakinggashydrateisestablishedbyusingfiniteelementanalysissoftwareABAQUS．Throughdevelopmentanddebugging，thefiniteelementsimulationmethodandprogramisdevelopedforbitcutterbreakinggashydrate．Thenthebreaki

5、ngeffectsofPDCcutterareas-sessed．TheresultsshowthattheoptimumbackrakeofPDCcutteris[17．5。，20．0。]；thepreferablecuttingdepthismorethan4mmandtheoptimumPDCcutterchamferingisbetween[45．0。，52．5。]．Theprogramandconclusionsdevelopedcouldprovidefoundationsfordrillbitdesignfornaturalgashydratedril

6、ling．Keywords：naturalgashydrate；PDCcutter；constitutiverelation；finiteelement；breaking；drillbit积达14．84万km，预测远景资源量相当于744亿0引言t油当量¨I2J。如果能够将其开采出来作为一种新型优质能源接替目前的化石燃料，将对我国的能天然气水合物俗称“可燃冰”，是一种白色或源、经济和环境产生巨大的影响。浅灰色的结晶体。作为新型燃料能源，它的总含量目前，关于天然气水合物的开采包括降压法、目前全球较为一致的估计是(2．0—2．1)X10热激发法和化学试剂法，并已进入试采阶

7、段，m，相当于已探明的化石燃料总含碳量的2倍。1随着研究的深入，其他各类开采方法也在实验室中m天然气水合物燃烧所释放的热量相当于164m进行开发，如CO：置换法等。但是由于我国南海的天然气且清洁无污染。而在我国南海北部陆坡海地区E4-sl的天然气水合物属于深海浅表层型矿藏，域，已划出6个天然气水合物成矿远景区带，总面现有的开采方法存在着潜在的工程地质风险。针对-——54．-——石油机械2014年第42卷第8期我国南海天然气水合物的矿藏特点，目前由周守为2．2模型建立及程序开发院士等联合提出对沉积水合物应该采用固态流化开通过ABAQUS⋯软件建立了钻头牙齿和天然采