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中深井PDC钻头研制与应用

作　者: 司效东
导　师: 张景富；慕万军
学　校: 大庆石油学院
专　业: 石油与天然气工程
关键词: PDC 钻头胎体刀翼切削齿喷嘴排屑槽
分类号: TE921
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文的研究工作可分为PDC 钻头的设计理论研究和钻头制造设计两大部分。在PDC 钻头的设计理论研究中,系统地研究了PDC 钻头冠部形状与地层的适应性、切削齿的破岩作用与布齿设计和、喷嘴水道及排屑槽。分析了抛物线形、鱼尾形、短抛物线形和平顶形冠部形状的PDC 钻头的特性;根据PDC 钻头的破岩原理和磨损机理,研究了切削齿的布置方式和布齿密度对钻头性能的影响;提出了喷嘴直径、喷嘴的形状及其布置方式和流道结构与排屑槽的设计方案。在钻头制造设计中,首先利用胎体刀翼结构、刀翼加长及双排保径齿技术,设计了适用于大庆油田1200m 左右的软地层的三胎体刀翼PDC 钻头。在此基础上,利用近似对称式中长刀翼设计和钻头内外锥冠部及扇形排屑槽技术,设计出适用于大庆油田1500m～2200m 不同区块的软至中硬地层的四翼、五翼和六翼PDC 钻头。形成一套完整的PDC 钻头制造方案。

全文目录

前言  7-8
第1章 PDC 钻头的结构及工作原理简介  8-15
  1.1 PDC 钻头简介  8-14
    1.1.1 PDC 钻头及切削齿的结构  8-9
    1.1.2 PDC 钻头的工作原理  9-10
    1.1.3 PDC 钻头磨损机理  10-12
    1.1.4 PDC 钻头的性能特点  12
    1.1.5 抗回旋PDC 钻头设计  12-14
  1.2 本文的主要研究内容  14-15
第2章钻头冠部形状与地层的适应性及设计原理  15-20
  2.1 PDC 钻头冠部形状与地层的适应性及工作特性  15-16
  2.2 PDC 钻头的冠部形状设计原理  16-20
    2.2.1 等切削设计原则  17-18
    2.2.2 等磨损设计原则  18
    2.2.3 等功率设计原则  18-20
第3章切削齿的载荷分布与布齿设计  20-34
  3.1 切削齿的载荷分布特性  20-26
    3.1.1 切削齿载荷分布特征  20-21
    3.1.2 切削齿切削面积的计算  21-23
    3.1.3 切削力、切削功率及切削体积  23-26
  3.2 切削布齿原则及方法  26-31
    3.2.1 布齿原则  26
    3.2.2 PDC 钻头布齿方法  26-31
  3.3 切削齿的刃前角、侧偏角、出露高度及布齿密度  31-34
    3.3.1 刃前角  31
    3.3.2 侧偏角  31
    3.3.3 切削齿的露齿高度  31-32
    3.3.4 布齿密度  32-34
第4章喷嘴水道及排屑槽  34-39
  4.1 喷嘴直径和喷嘴分布  34-35
    4.1.1 喷嘴直径  34
    4.1.2 喷嘴的形状及其布置方式  34-35
  4.2 流道结构与排屑槽的设计原则  35-39
    4.2.1 流道结构  35-37
    4.2.2 排屑槽  37-39
第5章三胎体刀翼PDC 钻头的研制  39-47
  5.1 胎体刀翼PDC 钻头结构设计及其原理  39-40
    5.1.1 胎体刀翼结构的确定  39-40
    5.1.2 不对称刀翼结构的确定  40
    5.1.3 保径结构的确定  40
    5.1.4 钻头帽、钻头体结构的确定  40
  5.2 布齿设计及其原理  40-42
    5.2.1 钻头冠部形状的选择  40-41
    5.2.2 切削齿的分布及选择  41
    5.2.3 切削齿的出刃高度及衬托齿长度的设计  41
    5.2.4 切削齿后倾角设计  41
    5.2.5 切削齿的侧倾角设计  41-42
  5.3 钻头水力设计及其原理  42-43
    5.3.1 选择流线型喷嘴  42
    5.3.2 喷嘴组合式锒装  42
    5.3.3 喷嘴不同心式锒装  42
    5.3.4 喷嘴的阶梯式镶装  42-43
  5.4 钻头制造工艺技术  43-46
    5.4.1 双排保径齿和保径金刚石制造工艺技术  43
    5.4.2 胎体刀翼的制造工艺技术  43-44
    5.4.3 钻头组装工艺技术  44-46
  5.5 现场应用  46-47
    5.5.1 应用条件  46
    5.5.2 应用效果  46-47
第6章四翼、五翼、六翼PDC 钻头的研制  47-56
  6.1 四翼PDC 钻头研制  47-50
    6.1.1 钻头整体结构设计  47-48
    6.1.2 布齿设计  48-49
    6.1.3 钻头喷嘴设计  49-50
  6.2 五翼PDC 钻头研制  50-52
    6.2.1 钻头整体结构设计  50-51
    6.2.2 布齿设计  51-52
  6.3 六翼PDC 钻头研制  52-54
    6.3.1 钻头整体结构设计  52-53
    6.3.2 布齿设计  53
    6.3.3 钻头喷嘴设计  53-54
  6.4 钻头制造工艺技术  54
  6.5 现场应用  54-56
    6.5.1 应用条件  54
    6.5.2 应用效果  54-55
    6.5.3 与同类钻头的对比及达到的水平  55-56
结论  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-60
详细摘要  60-66

中深井PDC钻头研制与应用

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