开采干热岩地热资源大多都需要在硬度大、研磨性强、可钻性差、温度高的地层中钻井,PDC钻头的合理布齿是提高破岩效率的关键。为了给干热岩钻井用PDC钻头的设计提供参考,基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager准则作为岩石的强度准则,建立了PDC切削齿动态破岩的三维数值仿真模型,研究了60 MPa围压条件下切削深度、温度、后倾角、切削速度对PDC切削齿破岩效率的影响以及影响机理。研究结果表明:①PDC切削齿以0.5 m/s的速度切削岩石,PDC切削齿（后倾角5°～25°）的破岩比功随切削深度的增加而减小,随温度的增加呈现出先增大后减小的趋势,临界温度为200℃;②PDC切削齿以0.5 m/s切削速度切削岩石,PDC齿（切削深度1～3 mm）的破岩比功随后倾角增加呈现出先减小后增大的趋势,最优破岩后倾角为20°;③岩石温度处于20～300℃的范围内,PDC齿以后倾角5°进行破岩,破岩比功随切削速度的增加而增大,任意切削速度下,破岩比功随切削深度的增加而减小。结论认为:在干热岩钻井中,采用浅内锥、大冠顶、长外锥的钻头外形结构,增加冠顶处布齿密度、降低中心处布齿密度、20°后倾角,可以释放岩石围压、均匀切削齿磨损、增加切削深度、降低破岩比功、提高钻井效率。
类型: 期刊论文
作者: 祝效华,但昭旺
关键词: 干热岩,地热开采,切削齿,破岩比功,破岩效率,数值模拟,准则,后倾角
来源: 天然气工业 2019年04期
年度: 2019
分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑
专业: 新能源
单位: 西南石油大学机电工程学院,西南石油大学地热能研究中心
基金: 国家自然科学基金项目(编号:51674214),四川省创新团队项目(编号:2017TD0014),四川省国际合作项目(编号:2016HH0008)
分类号: TK52
页码: 125-134
总页数: 10
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