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

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.