Вивчення форми різальної частини долота типу PDC з метою оптимізації конструкції: дослідження кута нахилу лопатей

Автор(и)

  • Т. О. Пригоровська ІФНТУНГ; 76019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська 15; тел. +380951705078
  • О. В. Пригоровський ІФНТУНГ; 76019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська 15; тел. +380951705078

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-2(47)-32-41

Ключові слова:

різання порід, PDC різець, сила реакції породи, геометричні параметри, крутний момент

Анотація

Розглядається робота долота типу PDC, а саме моделюється перерозроділ навантажень на лопаті долота в залежності від величини контактних площ, що, в свою чергу, визначається конструктивними параметрами долота. Метою роботи є оптимізація конструкції долота типу PDC, а саме дослідження впливу кута нахилу лопаті до горизонтальної осі на величину крутного моменту, що генерується долотом. В основу дослідження покладена модифікована модель різання одиничним різцем, розробленої Войтановичем і Куру, суть якої полягає у визначенні балансу сил, що діє на одиничний різець.
Наукова новизна роботи полягає у тому, що для кожного різця розглядаються дві ділянки контакту – на передній і бічній поверхнях, на яких виникають різноспрямовані сили тертя, а також в статті сила реакції породи розглядяться такою, що спрямована не перпендикулярно до різальної пластини різця, а в бік розміщення неоднорідностей породи. Такий підхід дає змогу розглядати коливання доліт через несталість сил різання, що, в свою чергу, викликані несталістю властивостей розбурюваних порід (насамперед – їх структурною неоднорідністю), тоді як такі коливання вважалися спричиненими лише коливанням бурової колони.
Досліджено просторову форму долота типу PDC, що характеризується, насамперед, формою його верхньої частини, яка, в свою чергу, характеризується кутом нахилу різальної частини долота. В роботі змодельовано величини контактних площ для кожного різця, обсяг зруйнованої породи в залежності від розташування різця, а також завантаження для одиничного різця, крутний момент для всієї лопаті і долота. Визначено кути нахилу лопаті до горизонтальної осі, при яких спостерігається мінімальний та максимальний крутні моменти.
Встановлено, що зміна кута нахилу різальної частини викликає перерозподіл об’ємів зруйнованої породи. Розглядалися долота із незношеними різцями, навантаження розподілялося пропорційно об’єму зруйнованої породи. Було встановлено, що збільшення кута нахилу лопаті викликає збільшення сумарного крутного моменту для долота. Запропоновано розрахунок, який уможливлює оптимізацію конструкції долота типу PDC. Збільшення сумарного кута закручування та сумарного відхилення спостерігається для різців, що найбільш відділені від вибою свердловини.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Spanos, PD, Chevallier, AM & Politis, NP 2002, Nonlinear stochastic drill-string vibrations. Journal of Vibration and Acoustics, Transactions of the ASME. Vol. 124. No. 4. pp. 512–518.

Fridman, E, Mondi, SE & Saldivar, B 2010, Bounds on the response of a drilling pipe model, IMA Journal of Mathematical Control and Information Advance Access published October 29, 2010 https://doi.org/10.1093/imamci/dnq024

Imaeva, ESh. Vibration loads deep drilling equipment at random oscillations, abstract of PhD thesis ... in 05.02.13 speciality - "Machines, units and processes", Ufa, 2000 https://www.jvejournals.com/article/15291

T. Richard, C. Germay & E. Detournay SELF-EXCITED STICK-SLIP OSCILLATIONS OF DRAG BITS XXI ICTAM, 15-21 August 2004, Warsaw, Poland https://doi.org/10.1016/j.crme.2004.01.016

Kreuzer, E & Steid, M 2009, Model Order Reduction of a Drill-String-Model with Self-Excited Stick-Slip Vibrations PAMM : Proc. Appl. Math. Mech. 9, 295 – 296 (2009). DOI 10.1002/pamm.200910121

Mathematical modeling of PDC bit drilling process based on a single-cutter mechanics A.K.Wojtanowicz, E. Kuru. Journal of Energy Resources Technology-transactions of The Asme - J ENERG RESOUR TECHNOL, vol. 115, no. 4, pp. 247-256, 1993. https://doi.org/10.1115/1.2906429

Pei Ju, Zhenquan Wang, Yinghu Zhai, Dongyu Su, Yunchi Zhang & Zhaohui Cao 2013, “Numerical simulation study on the optimization design of the crown shape of PDC drill bit”, J Petrol Explor Prod Technol, 28.11.2013. DOI: 10.1007/s13202-013-0091-9

Chiaia, B. Borr-Brunetto, M & Carpinteri A. Mathemaical Modeling of the Mechanics of Core Drilling in Geomaterials. Machining Science and Technolology, 17:1-25.

Pryhorovska, TO 2013, PDC drill bits reliability modeling based on wear rate probabilistic estimation: proceedings of the International Oil and Gas 2013 Scientific and Technical Conference, Ivano-Frankivsk, 7-11 october 2013.

##submission.downloads##

Опубліковано

26.12.2019

Як цитувати

Пригоровська, Т. О. ., & Пригоровський, О. В. . (2019). Вивчення форми різальної частини долота типу PDC з метою оптимізації конструкції: дослідження кута нахилу лопатей. Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, (2(47), 32–41. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-2(47)-32-41

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають