【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法,属于油气钻井工具的运动学领域。
技术介绍
PDC钻头自1973年诞生以来,在世界油气钻井总进尺中的比例已由1988年的5%发展到现在的90%,钻进效率约是二三十年前的5~10倍。然而,随着钻井工程向着深层、超深层和复杂难钻地层中发展,PDC钻头切削齿的磨损以及磨损不均现象更加严重,个别齿的先期失效成为了导致PDC钻头寿命短、破岩效率低,无法适应深部复杂难钻地层的主要原因之一。一旦几颗切削齿先期损坏,其余切削齿就要承担额外作用力,磨损和振动加剧,导致钻进效率降低。从提升PDC钻头性能的角度讲,PDC钻头最理想的工作状态是切削齿的均匀磨损,即等磨损布齿原则。然而这一原则却至今没有实现,原因是此原则要求准确计算出每颗切削齿的切削载荷,而实际切削齿的切削载荷是关于岩性、切深、速度以及切削弧长、切削面积等切削参数的函数。然而目前国内外研究多集中在磨损前PDC钻头切削齿的切削参数求解方面,对磨损后PDC钻头切削齿的切削参数还没有开展过研究,这势必导致无法准确预测每颗切削齿的受力变化趋势以及后期的磨损趋势,也就无法从根本上解决磨损不均现象,无法实现通过等磨损布齿设计来提升PDC钻头性能的目的。为进一步提升PDC钻头的性能,拓宽PDC钻头的应用领域,研究出一种磨损状况下PDC钻头切削齿切削参数的求解方法积就显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前还无法量化不同磨损量下切削齿的切削弧长、切削截面、切削体积,提供一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法,采用该专利技术能够准确计算出磨损齿 ...
【技术保护点】
一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法,方法的切削参数是指切削弧(19)的长度、切削截面(15)的面积、以及切削截面(15)绕中心轴(3)旋转一周形成的切削体积,其特征在于,该求解方法包括以下步骤:①建立磨损齿(1)的几何模型,磨损齿(1)为圆柱形,磨损面(2)设置为平面;②将钻头上的所有的磨损齿(1)在钻进速度为零的条件下绕中心轴(3)旋转投影到轴截面(4)上,得到磨损齿(1)的轴面投影(5);所述轴面投影5中的磨损齿1的磨损面2共同形成了钻头切削齿的包络曲面6;③在轴面投影(5)上取出相邻的五颗磨损齿(1),模拟PDC钻头的真实钻进,将五颗相邻磨损齿(1)在钻进速度不为零的情况下绕中心轴(3)螺旋旋转并投影到轴截面(4)上,得到了磨损齿(1)的切削截面(15);④寻找切削截面(15)上的零点(18),过当前齿投影轮廓线(7)上的齿心(16)做垂直于包络曲面(6)的法线(17),法线(17)与切削弧(19)的交点即为零点(18);⑤由零点(18)开始进行双向遍历,直至到终止点(28)时终止遍历;⑥将遍历路径离散成K个点,构建K边形,并求出K个点在钻头轴截面4内的坐标[xi, ...
【技术特征摘要】
1.一种磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数求解方法,方法的切削参数是指切削弧(19)的长度、切削截面(15)的面积、以及切削截面(15)绕中心轴(3)旋转一周形成的切削体积,其特征在于,该求解方法包括以下步骤:①建立磨损齿(1)的几何模型,磨损齿(1)为圆柱形,磨损面(2)设置为平面;②将钻头上的所有的磨损齿(1)在钻进速度为零的条件下绕中心轴(3)旋转投影到轴截面(4)上,得到磨损齿(1)的轴面投影(5);所述轴面投影5中的磨损齿1的磨损面2共同形成了钻头切削齿的包络曲面6;③在轴面投影(5)上取出相邻的五颗磨损齿(1),模拟PDC钻头的真实钻进,将五颗相邻磨损齿(1)在钻进速度不为零的情况下绕中心轴(3)螺旋旋转并投影到轴截面(4)上,得到了磨损齿(1)的切削截面(15);④寻找切削截面(15)上的零点(18),过当前齿投影轮廓线(7)上的齿心(16)做垂直于包络曲面(6)的法线(17),法线(17)与切削弧(19)的交点即为零点(18);⑤由零点(18)开始进行双向遍历,直至到终止点(28)时终止遍历;⑥将遍历路径离散成K个点,构建K边形,并求出K个点在钻头轴截面4内的坐标[xi,yi],其中,i=1,2,…,K;⑦将切削弧(19)的遍历路径长记为切削弧(19)的长度;⑧按公式(1)求解切削截面(15)的面积A;⑨按公式(2)求解切削体积V; A = 1 2 Σ i = 0 n - 1 ( x i y i + 1 - x i + 1 y i ) - - - ( 1 ) ]]> V = 1 3 π ...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄志强,马亚超,李琴,徐果,
申请(专利权)人:西南石油大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
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