一种具有交变轨迹切削特性的破岩新工具及其运动学分析

摘要

常规PDC钻头的同轨切削原理使其在难钻地层钻进时的吃入能力不足,严重制约了破岩效率的提升."交叉刮切破岩方式"是一种已经证明了的,行之有效的提高PDC钻头地层吃入能力的有效手段.本文提出了一种新型"轴倾式"破岩工具,将与工具体回转轴线呈一定夹角的钻头体与动力钻具相连接,通过公转与自转运动相复合,从而实现按预定交变轨迹规律切削岩石的钻井提速新思想.该工具能够实现稳定、可靠的交变轨迹切削运动,并且简化了"工具-钻头"一体式组成结构,提高了钻井安全性等诸多优点.首先,建立了关键几何参数关系方程与切削齿特征点位置方程;其次,计算分析了不同布齿位置特征点轨迹线运动趋势模型,并对比了各因素对其运动规律的影响;第三,研究了井底覆盖模式的特点,对工具切削结构布齿设计思路进行了总结.该研究能为新型钻头的工程化应用提供基础理论支持,对提高难钻地层的破岩效率具有重要意义.