PDC錨桿鉆頭的破巖機理及其優(yōu)化設計.pdf

1、PDC（聚晶金剛石復合片）錨桿鉆頭因為本身獨特的結構，因而在鉆進軟到中硬巖層時，比普通的合金鋼材質的錨桿鉆頭有更加良好的切削巖石的能力，并且鉆進速度高，復合片摩擦損耗慢，對于錨桿鉆孔的效率有極大的提升，因而有很大的使用經濟價值，得到了非常廣泛的應用。但是由于PDC錨桿鉆頭獨特的結構也導致了它在受力過程中，不能承受過大的應力變化，在硬質巖層和非均質地層中無法發(fā)揮自身的優(yōu)良性能，所以對PDC錨桿鉆頭破碎巖石的理論依據以及幾何參數的設計改進有

2、重要的意義。
　　參考了前人的PDC鉆頭相關理論，探討了PDC錨桿鉆頭的破巖機理所需的條件，認為在復合片鉆進巖石時，切入破巖的主要影響因素有鉆頭的幾何參數、巖石的不同巖性以及鉆進的參數等。其中，由于巖石的力學性質使得巖石的剪切破碎比旋轉時的擠壓破碎更容易發(fā)生，所以尤其是對脆性巖石，選擇破巖中發(fā)生的擠壓破碎可以省去不考慮;參考了前人的現場觀測經驗，分析了PDC錨桿鉆頭鉆進巖石過程中的失效形式有摩擦損耗和沖擊損壞，并且沖擊損壞還包括了

3、復合片層的碎裂和剝落，也對鉆頭沖擊損壞的機理進行了探討，認為復合片自身性能缺陷對損壞起重要作用;還對上面所提的沖擊損壞機理做了概述;并且利用SolidWorks Simulation3d仿真軟件和Flow Simulation流體仿真插件，建立PDC錨桿鉆頭的有限元模型，通過有限元靜態(tài)受力分析，得到等效應力、應變云圖和對應的位移云圖，來分析錨桿鉆頭的最大應力與最大應力點的位置;對PDC錨桿鉆頭做屈曲分析，計算前幾階模態(tài)及與之相應的臨界載

4、荷，以判定鉆桿鉆頭在不同圍巖應力下，由穩(wěn)定過渡到不穩(wěn)定時，鉆頭是處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，還是處于屈曲不穩(wěn)定狀態(tài);分析PDC錨桿鉆頭的幾何參數與最大應力的關系曲線圖;分析PDC錨桿鉆頭在鉆進砂巖、泥巖等不同巖層時，幾何參數對于排屑的影響;分析PDC錨桿鉆頭的模式形態(tài)，以及與不同長度的鉆桿作為整體時的模態(tài)，確定鉆頭不產生共振的安全轉速范圍;建立PDC錨桿鉆頭振動鉆削的動力學模型。鉆削過程中，鉆頭與工件周期性地離開和接觸，分析阻尼系數對PDC錨桿鉆