牙輪鉆頭與巖石互作用下系統(tǒng)縱向振動(dòng)研究.pdf

1、在鉆井過程中，牙輪鉆頭的工作性能直接影響鉆井工作效率、鉆井質(zhì)量和鉆井成本.鉆柱的縱向振動(dòng)是一種危害最明顯、發(fā)生頻率最頻繁的振動(dòng)形式，鉆柱縱向振動(dòng)通常使鉆壓不能均勻的加在鉆頭上而導(dǎo)致鉆頭跳離井底產(chǎn)生沖擊載荷，使鉆頭軸承和牙齒過早破壞，影響了鉆頭的使用壽命和機(jī)械鉆速。因此開展對(duì)牙輪鉆頭動(dòng)力學(xué)特性的研究具有十分重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。 本文對(duì)實(shí)際鉆井過程中鉆頭在鉆壓下與巖石碰撞的破巖機(jī)理進(jìn)行了探討，在研究牙輪鉆頭幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的

2、基礎(chǔ)上，將鉆頭視為彈性體，巖石視為各項(xiàng)異性塑脆性體，采用Drucker-Prager彈塑性模型來定義巖石的本構(gòu)關(guān)系，建立了牙輪鉆頭與巖石互作用下系統(tǒng)縱向振動(dòng)分析模型，討論了縱向振動(dòng)模型的數(shù)值求解方法。在引入接觸邊界條件和接觸判定條件的情況下，利用ABAQUS軟件對(duì)某具體牙輪鉆頭楔形齒沖擊碰撞破巖進(jìn)行了有限元仿真。預(yù)測(cè)鉆頭與巖石碰撞時(shí)撞擊力大小，鉆頭的縱向振動(dòng)速度、加速度，鉆頭牙齒與巖石碰撞的恢復(fù)系數(shù)；對(duì)接觸碰撞過程中破碎坑進(jìn)行了研究，根