煤田地质与勘探

作者：居培, 王传留,

关键词：布齿模式, 多级力平衡, 数值模拟, 破岩载荷, 破岩效率移动阅读,

钻头在钻进复杂非均质地层时，由于其冠部形状的限制，钻头各部位切削齿受力不均匀，局部切削齿受到较大的冲击载荷，导致钻头发生“涡动”现象。为了解决上述问题，提出“多级力平衡”的切削齿周向布齿方案，通过建立全尺寸钻头破岩有限元仿真模型，分析顺时针、逆时针以及“多级力平衡”3种周向布齿模式下切削齿及钻头的受力特性。模拟结果表明：相对于顺时针和逆时针周向布齿，“多级力平衡”布齿模式下各刀翼载荷分布比较均匀，钻头的稳定性和攻击性均得到较大改善，钻头的破岩效率提高28%以上；顺时针布齿模式下钻头的侧向力最大，其稳定性相对最差；逆时针布齿模式下钻头的钻压最大，其攻击性相对较差，并且钻头的破岩效率最低。上述研究成果能够为指导PDC钻头切削齿的周向布齿设计提供理论依据。建议今后加强“多级力平衡”周向布齿模式下切削齿载荷沿钻头径向分布规律方面的研究，以指导防涡稳定PDC钻头的优化设计。

来源：2020年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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