HEYDARSHAHY Seyed Ali，KAREKAL Shivakumar

（School of Civil, Mining and Environmental Engineering, EIS Faculty, University of Wollongong, NSW 2522, Australia）

钻头冠部形状对破岩效果的影响

HEYDARSHAHY Seyed Ali，KAREKAL Shivakumar

（School of Civil, Mining and Environmental Engineering, EIS Faculty, University of Wollongong, NSW 2522, Australia）

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。图10表3参12

PDC钻头；钻头形状；破岩效果；有限元方法；数值模拟

0 引言

钻头在钻压、钻井液静压和泵压作用下吃入地层。一般来说，钻压越高钻速越快，但当钻速达到一定临界值时，会产生很多岩屑，且不能被及时带出井眼，导致钻速不再增加。如果能提高钻井速度，就可降低成本。钻速与很多因素有关，如岩层性质、钻头类型等。钻头结构决定了其岩石切削方式。钻头后倾角决定钻头的钻进性能，并影响聚晶金刚石复合片（PDC）切削齿的磨损程度[1-2]。……