三维激光扫描技术在PDC钻头制造中的应用-论文.pdf

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1、34西部探矿T程2015年第7期三维激光扫描技术在PDC钻头制造中的应用王占伟(大庆钻探工程公司钻技一公司，黑龙江大庆163461)摘要：三维激光扫描技术是最前沿的复杂外形数据采集技术，具有数据精确、自定位、多功能等特点，广泛应用到建筑、船舶设计、汽车设计、大型复杂结构设计等领域。PDC钻头设计技术要求较高，冠部形状及切削齿空间位置复杂，用一般的检测设备难以测量，-~PDC钻头检验和制造带来很多不便。通过两种技术的完美结合，不但可以缩短PDC钻头的设计周期，而且还能提高PDC钻头的质量水平。关键词：三维

2、激光扫描；PDC钻头；数据模型；切削齿中图分类号：TE921文献标识码：B文章编号：1004—5716(2015)07—0034—03随着油田开发进入中后期，对钻井成本的控制要3PDC钻头切削齿的设计特点求越来越高。PDC钻头具有使用寿命长、机械钻速快在PDC钻头设计过程中，最核心的内容是确定每的特点，越来越多的应用到钻井作业中。在一些深井个PDC齿的空间位置。PDC齿的空间位置由以下3个作业中，也开始使用PDC钻头代替牙轮钻头，因此对基本参数确定。法向角是指PDC齿轴线与钻头轴线于PDC钻头的技术水平

3、和质量稳定性提出了更高的的夹角；前倾角是指PDC齿T作面与PDC齿轴线的夹挑战。维激光扫描技术为最前沿的高新技术，将此角；侧转角是指在垂直于PDC齿轴线PDC齿工作面与技术应用到PDC钻头产品研发中，会大大地提高PDC钻头半径平面的夹角。以上3个参数由钻头结构确定，钻头的技术含量和质量稳定性，具有很高的应用价值。其中法向角取决于钻头冠部轮廓和径向布置，而前倾1三维激光扫描的原理角和侧转角F}1PDC切削齿的工作角度确定。手持激光扫描仪通过三角形测距法构建出3D图其中前倾角和侧转角是对PDC切削齿影响最大

4、形：通过手持式装置，对待测物发射出激光光点或线性的2个结构角。前倾角决定切削齿破岩力的方向，合理激光。以2个或2个以上的侦测器测量待测物的表面的前倾角将提高PDC钻头的切削效率和使用寿命。到手持激光装置的距离，通常还需要借助定位点用作侧转角则决定岩屑排的方向，合理的侧转角有利于扫描仪的空间定位及校准使用。这些扫描仪获得的数排屑，减小钻头泥包现象。据，会被导入电脑中，由软件转换成3D模型。手持式4PDC钻头的设计周期激光扫描仪，还会综合被动式扫描(可见光)获得的数首先根据特定的地层状况如岩性、地层硬度等，

5、设据，构建出更完整的待测物3D模型。计}H相适应的PDC钻头，然后加T制造，再后上井试2三维激光扫描技术的特点验，最后对试验钻头进行磨损分析，这是一个设计循三维激光扫描生成精确、高重复性、高分辨率的环。如果试验钻头磨损不正常，需要根据实际的磨损3D数据(O．04～O．05ram)，达到了机械制造行业对精度情况调整钻头设计，如调整PDC钻头切削齿的空间角的一般要求。通过在扫描件表面粘贴激光反射定位贴度等参数，然后再进行试验。一般一种型号的钻头产片，可实现任意移动T件，而不影响扫描效果，可实现品要经过几个循

6、环才能定型，因此PDC钻头的设计周狭窄区域或复杂结构丁件的扫描，而且不受工件尺寸期比较长。大小、复杂程度、材质或者颜色的影响。5三维激光扫描技术的应用收稿日期：2014—07—18修回日期：2014—07—25作者简介：王占伟(1978一)，男(汉族)，吉林梅河口人，工程师，现从事PDC钻头的设计与制造技术作。2015年第7期西部探矿工程355．1在PDC钻头设计中的应用在PDC钻头设计循环链中，钻头上井实验后的磨损分析是设计更改的主要依据，也是整个设计成功与否的关键因素。传统的靠肉眼和经验的磨损分析很

7、不科学，很可能忽视细节数据，造成误导设计更改，拉长了PDC钻头的设计周期。三维激光扫描技术应用到PDC钻头磨损分析上，改变了这种现状，使得磨损分析的数据准确而且全面，因此对PDC钻头各项技术参数的设计更改，就会事半功倍。通过手持式三维激光扫描仪，先将未使用的新钻头进行j维扫描(图1所示)，得到一个三维数据模图1扫描成品钻头过程型，即基础模型；再将上井试验后的PDC钻头进行三维扫描，得到钻头磨损后的三维数据模型，即试验模损情况进行的扫描对比分析结果来看，有2个突出问型；再将基础模型与试验模型进行拟合，得到

8、对比模题。问题一为一长刀翼切削齿基体冲蚀较大，数据显型。通过对比模型可以生成每个切削齿的偏差分布示，l号齿基体冲蚀量为0．59ram。，2号齿基体冲蚀量为图和标准偏差图，，可以清楚地看到使用前后PDC钻1．8ram。，3号齿基体冲蚀量为2．1ram。，4号齿基体冲蚀头的磨损情况和对比数据，如图2所示。通过这些数量为0．48mm。，5号齿基体冲蚀量为0．39mm。。问题二据，可以有针对性的调整PDC钻头切削齿布置等设计为内锥部位的切削齿磨损较