【摘 要】
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近年来,浅层油气资源消耗巨大,难钻井作业不断增加以及页岩气开发成为热点,导致常规钻头钻井时出现牙齿磨损过快、机械钻速下降明显等问题,很难获得理想的钻进效果。混合钻头近几年在国外的成功设计和应用,表明其有着优于常规钻头的破岩优势,但目前对其破岩机理研究甚少,导致混合钻头推广受限。因此,本文采用理论和仿真相结合办法,开展混合钻头破岩机理研究。具体研究内容如下:(1)了解PDC钻头和牙轮钻头破岩过程,在
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近年来,浅层油气资源消耗巨大,难钻井作业不断增加以及页岩气开发成为热点,导致常规钻头钻井时出现牙齿磨损过快、机械钻速下降明显等问题,很难获得理想的钻进效果。混合钻头近几年在国外的成功设计和应用,表明其有着优于常规钻头的破岩优势,但目前对其破岩机理研究甚少,导致混合钻头推广受限。因此,本文采用理论和仿真相结合办法,开展混合钻头破岩机理研究。具体研究内容如下:(1)了解PDC钻头和牙轮钻头破岩过程,在此基础上对混合钻头破岩机理进行研究。结果表明:混合钻头破岩是牙轮牙齿与PDC齿对岩石共同作用的结果,从而提高其破岩速度。(2)通过对PDC结构和牙轮结构破岩受力分析,推导混合钻头破岩力学公式。(3)将混合钻头、牙轮钻头、PDC钻头进行破岩仿真,验证混合钻头相比于牙轮钻头和PDC钻头具有更好破岩效率。(4)研究混合钻头结构对其破岩机理的影响,得到牙轮主导型混合钻头适用于相对硬的地层;PDC主导型混合钻头适用于相对软的地层。(5)研究页岩破碎机理。针对混合钻头与含层理性页岩的相互作用机理进行研究,结果表明:混合钻头与岩石层理所成角度越小,钻速越快;层理厚度越少,岩钻速越快。
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