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本文旨在通过优化混合钻头布齿参数以降低PDC齿切削载荷,从而提升深层油气资源开发中混合钻头的破岩效率与使用寿命。采用均匀设计法对PDC-牙轮混合钻头结构进行优化,选取牙轮齿侵入深度、PDC齿侵入深度、PDC齿倾角、牙轮齿直径、PDC齿直径及中心偏移量6个影响因素,通过均匀设计表设计实验。利用单齿模型仿真获取PDC齿切削载荷数据,并经回归分析建立方程,通过F检验和t检验验证方程的可信度,得出各因素对PDC齿切削载荷的影响顺序为PDC齿侵入深度>PDC齿直径>牙轮齿侵入深度>中心偏移量>PDC齿倾角>牙轮齿直径。最终确定最优布齿参数组合为牙轮齿侵入深度10 mm、PDC齿侵入深度0.5 mm、PDC齿倾角1°、牙轮齿直径10.5 mm、PDC齿直径10.5 mm、中心偏移量0 mm,该组合显著改善了切削载荷分布特性,为提升钻头综合性能提供了理论依据。
Abstract:This study aims to improve the rock-breaking efficiency and service life of hybrid drill bit in deep oil and gas resource development by optimizing cutter layout parameters to reduce cutting load of PDC cutter.A uniform experimental design was implemented to optimize the structure of PDC-roller cone hybrid drill bit,focusing on six key parameters,namely roller cutter penetration depth,PDC cutter penetration depth,PDC inclination angle,roller cutter diameter,PDC cutter diameter,and center offset.Experiments were designed using uniform design tables,with PDC cutting load data obtained through single-cutter simulation.Regression analysis established a validated predictive model (F-test and t-test verified).The parameter sensitivity ranking was subsequently based on the following:PDC cutter penetration depth>PDC cutter diameter>roller cutter penetration depth>center offset>PDC inclination angle>roller cutter diameter.The optimal configuration(roller penetration 10 mm,PDC penetration 0.5 mm,PDC inclination angle 1°,roller/PDC diameter 10.5 mm,zero center offset) demonstrated superior load distribution characteristics,providing theoretical guidance for improving hybrid drill bit performance in hard rock formations.
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基本信息:
DOI:
中图分类号:TE921.1
引用信息:
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基金信息:
武汉市重点研发计划(2024010702030103)