全尺寸PDC钻头复合冲击破岩机理的有限元分析 论文

针对坚硬地层破岩效率低、钻具粘滑振动造成钻头寿命降低等问题，研究团队通过ANSYS有限元分析软件对全尺寸钻头复合冲击破岩机理进行了深入研究。这项研究不仅分析了冲击频率、钻压和转速对钻头破岩效率的影响，还揭示了岩石破坏过程中，岩石内部同时存在的拉应力和压应力。研究发现，岩石的破坏形式表现为“拉伸+压剪”的综合作用破坏。

特别是在扭转冲击频率为25 Hz的条件下，实验得出了轴向冲击的最佳频率为13 Hz。在这两种冲击频率的配合下，机械钻速达到了最快。研究还指出，钻压对机械钻速影响较大，两者呈现出明显的线性正相关关系。研究团队还回归出了有无冲击载荷条件下钻头机械钻速与钻压的变化关系式。尽管转速对机械钻速的影响较小，呈微增趋势，但研究认为这是由于坚硬岩层使PDC钻头由切削转变为研磨状态，导致机械钻速变化不大。