欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究

doi:10. 3863/j. issn. 1674 – 5086. 2013. 03. 024

西南石油大学学报(自然科学版)

欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究

李玮，许兴华，闫铁，毕雪亮

东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318

出版日期:2013-06-01 发布日期:2013-06-01
作者简介:李玮，1979 年生，男，汉族，吉林榆树人，副教授，博士，主要从事油气井工程力学及岩石力学方面的教学和研究工作。E-mail：cyyping@ sina.com 许兴华，1990 年生，男，汉族，黑龙江五常人，硕士研究生，主要从事油气井工程力学及岩石力学方面的研究工作。E-mail：xuxinghua19900528@ 163.com 闫铁，1957 年生，男，汉族，黑龙江肇州人，教授，博士生导师，主要从事油气井工程力学、钻井工艺软件及岩石力学方面的研究工作。 E-mail：yant@nepu.edu.cn 毕雪亮，1971 年生，男，汉族，山东巨野人，教授，博士，主要从事油气井工程力学及钻井工艺软件方面的教学和研究工作。E-mail： bxl@nepu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金“钻头谐振激励下岩石的响应机制及破碎机理研究”（51274072）；黑龙江省青年科学基金“旋转振动钻具的共振碎岩
钻孔机理研究”（QC2012C022）

Study on the Tooth Invasion Coefficient of Cone Bit and Penetration Rate
in Under-balance Drilling

Li Wei, Xu Xinghua, Yan Tie, Bi Xueliang

Li Wei, Xu Xinghua, Yan Tie, Bi Xueliang

Online:2013-06-01 Published:2013-06-01

摘要/Abstract

摘要：

欠平衡条件下，钻井机械钻速大幅度提高，但钻头牙齿的侵岩机理至今尚不清楚。以岩石侵入理论为基础，
在考虑欠平衡钻进条件下，针对牙轮钻头侵岩、破岩问题展开研究，推导了欠平衡钻进井底条件下牙轮钻头牙齿的侵
入系数方程，并进一步建立了欠平衡钻进条件下的钻速模型。岩石侵入系数不受牙齿载荷和侵深的影响，是一个描述
岩石抗侵入能力的基本参数。以徐深气田为例，理论和实验分析了内摩擦角和刃尖角对侵入系数和机械钻速的影响。
结果表明，随井底有效法向应力的增大侵入系数增大；随内摩擦角和刃尖角的增大侵入系数呈指数增大；随有效法向
应力的增大机械钻速明显减小；随内摩擦角和刃尖角的增大机械钻速呈线性减小。

关键词: 欠平衡, 负压钻井, 牙轮钻头, 侵入系数, 破岩机理

Abstract:

The penetration rate rises rapidly in the under-balanced condition，but the intrusion mechanism of cone bit is unclear.
Based on rock intrusive theory and tasking the condition of under-balanced drilling into consideration，we explore intruding
rock and breaking rock of cone bit the intrusive coefficient equation of cone bit was derived，and the drilling rate model in the
condition of under-balanced drilling was built. The rock intrusive coefficient is a basic parameter which describes the intrusionresistant
ability of rock，which is not affected by tooth load and invasion depth. Taking Xushen Gas Field as an example，we
make theoretical analysis of the impact of angle of internal friction and bit angle on intrusive coefficient and penetration rate.
And the experiment results show that with the increase of effective normal stress of down-hole，and the increase of angle of
internal friction and bit angle，the intrusive coefficient increases；with the increase of effective normal stress，the penetration
rate decreases obviously，and with the increase of angle of internal friction and bit angle，the penetration rate decreases linearly

Key words: under-balance, under-balanced drilling, cone bit, intrusive coefficient, rock breaking mechanism

李玮，许兴华，闫铁，毕雪亮. 欠平衡下牙轮钻头牙齿侵入系数及钻速研究[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), DOI: 10. 3863/j. issn. 1674 – 5086. 2013. 03. 024.

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