连续管钻井低扭矩钻头破岩机制及仿真

摘要

针对连续管钻井钻压施加受限、下入深度浅等问题，提出连续管低扭矩破岩PDC钻头，建立PDC切削齿比压理论，对比分析常规齿、宽刃齿和钝角齿齿刃的比压分布规律；开展单齿直线切削破岩试验，研究不同齿径、齿形对于切削齿破岩中所受切削力的影响；建立PDC全尺寸钻头-岩石相互作用模型，研究常规齿、宽刃齿和钝角齿钻头的破岩性能，并通过全尺寸钻头破岩试验进行验证。结果表明：宽刃齿和钝角齿在破岩中具有比常规齿更好的吃入性能，所受切削力明显比常规齿均匀，切削力比常规齿小14.11%～33.59%;所建立的全钻头破岩力学模型仿真结果与试验结果相比，误差小于15%,具有较高的准确性；同转速、钻压条件下，钝角齿PDC钻头降扭效果最好，最高降扭35.35%;钝角齿PDC钻头适用于连续管钻井低扭矩破岩的需求。

关键词

连续管 / 低扭矩 / 比压 / 钝角齿 / 破岩仿真

基金资助

中国石油集团工程技术研究院有限公司科学研究与技术开发课题(CPET202305); 中国石油天然气集团有限公司科技项目(2023ZZ27)