牙輪鉆頭與巖石互作用下系統(tǒng)縱向振動研究.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.鉆柱的縱向振動是一種危害最明顯、發(fā)生頻率最頻繁的振動形式，鉆柱縱向振動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械鉆速。因此開展對牙輪鉆頭動力學(xué)特性的研究具有十分重要的理論意義和工程實用價值。 本文對實際鉆井過程中鉆頭在鉆壓下與巖石碰撞的破巖機理進(jìn)行了探討，在研究牙輪鉆頭幾何學(xué)和運動學(xué)的

2、基礎(chǔ)上，將鉆頭視為彈性體，巖石視為各項異性塑脆性體，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)縱向振動分析模型，討論了縱向振動模型的數(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)測鉆頭與巖石碰撞時撞擊力大小，鉆頭的縱向振動速度、加速度，鉆頭牙齒與巖石碰撞的恢復(fù)系數(shù)；對接觸碰撞過程中破碎坑進(jìn)行了研究，根