[01225175]复杂环境下个性化PDC钻头研究与应用

一、研究背景该成果以横向依托项目"PDC钻头数字化钻进分析系统"以及四川省青年科技基金会项目"基于实钻反演的钻头破岩性能仿真技术"为主要依托。PDC钻头是油气钻井最重要的钻头品种，但其对钻井条件的变化十分敏感，研究和建立能够对各种复杂条件下的PDC钻头个性化设计与应用技术，无论对于国家油气资源的开发效益还是钻头制造业的经营效益都具有十分重要的意义。二、成果简介1、建立了三维六自由度耦合的复杂运动条件PDC钻头几何学、运动学以及切削力学理论，并开发了PDC钻头数字化钻进仿真技术。该软件是迄今为止世界上唯一能全面模拟分析各种复杂地层、复杂井身结构以及复杂钻井方式条件下PDC钻头钻进过程的计算机仿真系统，技术水平居世界领先。2、建立了利用相对变形量强度准则度量脆性岩石破碎的理论和方法，并在世界上率先提出单齿吃入岩石的力学行为需要用常规弹性力学模型和带密实核的弹性力学模型分阶段描述的理论。3、建立了径向布齿、周向布齿、冠部轮廓设计等布齿设计理论和方法，以及PDC钻头水力结构优化设计技术，开发了复杂环境下的PDC钻头优化设计软件。4、在世界上首次提出基于岩石组分与强度综合的岩石力学性质解释模型与针对井段的PDC钻头选型模型，开发了基于岩屑测试的岩石可钻性分析仪及钻头选型软件。5、研究、开发了以PDC钻头使用条件优化为目的的钻柱-岩石-钻头系统动力学仿真技术。6、研制了多种复杂环境个性化PDC钻头新产品，形成多项专利技术，性能出色，技术先进，现场应用效果显著。三、应用情况该研究成果已经在国内各大PDC钻头生产企业进行了推广应用，极大提高了这些企业的产品研发的能力，创造了巨大的直接经济效益。同时，通过与钻头企业和油田单位的联合攻关，成功开发出多种针对复杂钻井条件下的个性化PDC钻头产品，并在油田生产中得到了广泛应用，大大提高了钻井速度和钻井安全性，降低了钻井成本，取得了显著的经济效益和社会效益。