弧角型PDC鉆頭切削齒布齒模式仿真分析

作者：居培,王傳留

摘要：鉆頭在鉆進復雜非均質地層時,由于其冠部形狀的限制,鉆頭各部位切削齒受力不均勻,局部切削齒受到較大的沖擊載荷,導致鉆頭發生“渦動”現象。為了解決上述問題,提出“多級力平衡”的切削齒周向布齒方案,通過建立全尺寸鉆頭破巖有限元仿真模型,分析順時針、逆時針以及“多級力平衡”3種周向布齒模式下切削齒及鉆頭的受力特性。模擬結果表明:相對于順時針和逆時針周向布齒,“多級力平衡”布齒模式下各刀翼載荷分布比較均勻,鉆頭的穩定性和攻擊性均得到較大改善,鉆頭的破巖效率提高28%以上;順時針布齒模式下鉆頭的側向力最大,其穩定性相對最差;逆時針布齒模式下鉆頭的鉆壓最大,其攻擊性相對較差,并且鉆頭的破巖效率最低。上述研究成果能夠為指導PDC鉆頭切削齒的周向布齒設計提供理論依據。建議今后加強“多級力平衡”周向布齒模式下切削齒載荷沿鉆頭徑向分布規律方面的研究,以指導防渦穩定PDC鉆頭的優化設計。

發文機構：中煤科工集團西安研究院有限公司

關鍵詞：布齒模式多級力平衡數值模擬破巖載荷破巖效率cutter arrangement patternmulti-level force balancenumerical simulationrock-breaking loadrockbreaking efficiency

分類號： TD421[礦業工程—礦山機電]TE921[石油與天然氣工程—石油機械設備]