钻头冠部形状对破岩效果的影响

• 作者: HEYDARSHAHY Seyed Ali KAREKAL Shivakumar
• 来源期刊: 石油勘探与开发
• 学科: 工学
• 关键词: PDC钻头 钻头形状 破岩效果 有限元方法 数值模拟
• 年，卷（期）: 2017,（4）
• 所属期刊栏目: 石油工程
• 页码范围: 630-637
• 页数: 8页
• 分类号: TE921
• 字数: 4208字
• 语种: 中文
• DOI: 10.11698/PED.2017.04.17

摘要

用有限元方法模拟了不同形状钻头的破岩效果,研究了地层应力分布及裂缝延伸模式.按照国际钻井商协会(IADC)分类标准设计了14种钻头形状.设计了地层模型,给出了钻头尺寸、地层性质、网格划分方法和边界条件等.采用拟静态条件和质量缩放法以减少模拟时间、提高模拟精度.模拟结果表明,对于9种常用钻头形状,增加锥体高度高应力区面积会增大,而保径高度与产生的应力之间没有明显关系.减小保径高度,高应力区从鼻端和中心部位转移到保径区.对于非常用钻头形状,凸形钻头产生的应力场较大,双心钻头导眼体底部应力较集中.裂缝主要产生在保径区和鼻端,锥体高度和保径高度较大的钻头产生的垂直裂缝较长.使用平形和凸形钻头时没有产生较长的垂直裂缝.双心钻头可抑制保径区的垂直裂缝,却使地层更易出现水平裂缝,有中间段扩眼器的钻头造成的井壁损伤更小.