一种螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法及系统，方法包括以下步骤：对露头或井下岩心进行单三轴抗压强度实验，获得岩石力学参数；基于阿基米德螺线以及PDC钻头前后排齿，建立PDC钻头三维切削结构；基于岩石力学参数以及PDC钻头三维切削结构，建立钻头‑岩石有限元模型；基于钻头‑岩石有限元模型，获得钻压扭矩时程曲线；基于钻压扭矩时程曲线，建立钻头切削结构设计方案；基于钻头切削结构设计方案，获得螺旋刀翼钻头切削结构。本发明专利技术定量描述了刀翼螺旋度并得出螺旋度和切削断面对PDC钻头破岩效率和稳定性的耦合影响机理，避免了高成本工程试验，所提出设计方案能够在提高PDC钻头破岩效率的同时提高近钻稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油矿场机械、油气井建井等，具体涉及一种螺旋刀翼pdc钻头切削结构的设计方法及系统。

技术介绍

1、pdc钻头在页岩气开发进程中被广泛使用，在工程应用中pdc钻头的改进开发设计主要针对切削结构出发，围绕工程使用效果从单齿结构、径/周向布齿、及齿材选用等对pdc钻头的破岩效率和稳定性进行平衡。虽然工程试验效果是对钻头改进设计实例是否有效的直接反映，但是pdc钻头的改进设计、制造需要1-2周的设计周期，在复杂工程因素影响下，设计实例试错成本高，这导致在进行钻头改进开发设计时依靠的经验性较强，较为简单的单齿/齿组切削结构能够在室内开展系列实验研究，但考虑螺旋度在内的多参数耦合设计实例对全钻头破岩效果影响的定量研究仍鲜见报道。在前述有关单齿和齿组的研究中表明，不同设计切削断面下切削结构的破岩效率或稳定性有显著差异，在某些工程案例中，螺旋刀翼设计实例被认为能够降低钻头发生回旋运动的几率并提高钻进稳定性(improvedbit stability reduces downhole harmonics(vibrations):spe/iadc asia p本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括密度ρ、弹性模量E、泊松比μ、内摩擦角φ以及粘聚力c。

3.根据权利要求1所述的螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法，其特征在于，建立所述PDC钻头三维切削结构的方法为：

4.根据权利要求3所述的螺旋刀翼PDC钻头切削结构的设计方法，其特征在于，所述井底设计切削断面包括前排齿、后排齿、异轨后排齿、同轨后排齿、前排齿径向布齿线、后排齿径向布齿线及前后排齿切深控制距在径向布齿视图上的投影或本...

【技术特征摘要】

1.一种螺旋刀翼pdc钻头切削结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的螺旋刀翼pdc钻头切削结构的设计方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括密度ρ、弹性模量e、泊松比μ、内摩擦角φ以及粘聚力c。

3.根据权利要求1所述的螺旋刀翼pdc钻头切削结构的设计方法，其特征在于，建立所述pdc钻头三维切削结构的方法为：

4.根据权利要求3所述的螺旋刀翼pdc钻头切削结构的设计方法，其特征在于，所述井底设计切削断面包括前排齿、后排齿、异轨后排齿、同轨后排齿、前排齿径向布齿线、后排齿径向布齿线及前后排齿切深控制距在径向布齿视图上的投影或本体。

【专利技术属性】
技术研发人员：石祥超，王兆巍，高茂萍，陈帅，焦烨，王蓉蓉，吕宗麟，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：