物探冲旋钻头破岩机理仿真研究

范永涛 黄志强 高德利 魏振强 宋嘉宁

石油工程教育部重点实验室（中国石油大学（北京）），北京102249；2.石油天然气装备教育部重点实验室（西南石油大学），四川成都610500；3.中国石油安全环保技术研究院，北京100083；4.中国石油工程设计有限公司华北分公司，河北任丘062550

冲旋钻井技术已广泛应用于油气资源勘探领域，但仍存在一些不足，比如钻具损坏严重、能量传递效率低、破岩效率有待进一步提高等。因此，有必要进一步揭示物探冲旋钻井中钻头与岩石的互作用机理，为优化设计冲旋钻头提供理论依据。利用显式动力学分析软件LS-DYNA建立了物探冲旋钻头破碎岩石的有限元模型，并进行了计算机仿真，得到了钻头中心齿、第2排齿、边齿、钻头端面的应力时程图和应力波在钻头中的传播图。仿真结果表明：钻头破岩过程中，各个牙齿的应力变化非常大，第2排齿的应力峰值最大，其次是中心齿，再次是边齿；钻头喷嘴处的应力远大于钻头中心端面和排屑槽的应力；应力波在钻头中传播，危险区域经历了从钻头尾部到钻头喷嘴再到牙齿的过程。

https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-0890.2011.03.021