仿生PDC齿旋转破岩时的温度场和破岩特性模拟研究

学术精汇

作者：

吴泽兵1 席凯凯1 赵海超1 黄海1 张文超1 杨晨娟1

作者单位：

1. 西安石油大学机械工程学院

摘要：

针对常规PDC钻头破岩效率低、钻头泥包和使用寿命短等问题，以穿山甲鳞片、蝼蛄爪趾、鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型，从多个维度进行结构仿生，设计了一种新型耦合仿生PDC齿。采用有限元法、弹塑性力学等方法，建立了仿生PDC齿的破岩仿真模型，利用有限元软件ABAQUS的温度–位移耦合显式侵彻接触算法和显式动力学模块，研究了仿生PDC齿破岩过程中温度场的变化规律和破岩方式，并与常规PDC齿进行了模拟对比。模拟结果发现：仿生PDC齿与常规PDC齿在破岩时的温度传递过程存在较大差异；仿生PDC齿能够防止钻头泥包的产生，且能够减少摩擦热的集聚，避免高温热失效，延长其使用寿命；仿生PDC齿破岩速度更快，对岩石的破碎更加彻底。研究表明，仿生PDC钻头的现场适用性较好，具有较好的现场推广应用价值。

关键词：

耦合仿生PDC齿破岩效率钻头泥包旋转状态温度场破岩特性

刊期：

2022，2（50）

所属栏目：

钻井完井

基金资助：

陕西省重点研发计划项目“针对陕西页岩气地层的混合钻头破岩机理研究及性能评估方法”(2018KW-12)

分类号：

TE243+.1

DOI：

10.11911/syztjs.2021114

页数：

页码：

71-77

来源期刊

石油钻探技术

Petroleum Drilling Techniques