●序一
序二
前言
第1章緒論1
1.1石油鑽井中常用鑽頭2
1.2鑽頭與井底岩石的相互作用9
1.3鑽頭破岩效率評價方法12
1.3.1破岩比功評價方法12
1.3.2岩石塑-脆性破碎及塑性耗能比評價方法13
第2章硬岩物理力學特性及可鑽性18
2.1岩石強度及變形特性18
2.2花崗岩強度反演22
2.2.1參數反演流程25
2.2.2參數反演結果26
2.2.3參數反演有效性驗證29
2.3實驗用花崗岩岩樣29
2.3.1花崗岩微觀結構觀測實驗31
2.3.2花崗岩微觀礦物成分測試實驗32
2.3.3花崗岩單軸/三軸抗壓強度實驗33
2.3.4岩石可鑽性實驗34
2.4本章小結42
第3章鑽齒侵入破碎硬岩機理研究—以非均質花崗岩為例43
3.1空腔膨脹理論43
3.1.1應力場分布43
3.1.2塑性區及楔形鑽齒臨界侵入深度45
3.2實驗設備簡介48
3.2.1微機控制電液伺服萬能實驗機49
3.2.2聲發射分析儀50
3.2.3材料應變三維測量繫統50
3.2.4岩樣制備52
3.2.5侵入破岩實驗繫統52
3.3岩石在鑽齒侵入作用下的破碎機理研究54
3.3.1鑽齒侵入作用下岩石的劣化研究54
3.3.2邊界條件對裂紋擴展的影響65
3.4岩石破碎過程中的能量耗散研究與破碎效率評價68
3.5花崗岩微宏觀破碎機理71
3.5.1基於GBM的花崗岩等效岩體建模72
3.5.2花崗岩模型微觀參數標定73
3.5.3鑽齒侵入破碎花崗岩微宏觀機理76
3.6本章小結80
第4章鑽齒切削破碎硬岩機理研究—以非均質花崗岩為例82
4.1岩石塑-脆性破碎轉變模型建立82
4.2切削實驗平臺和岩樣制備87
4.3灰白色花崗岩實驗結果與分析89
4.3.1切削深度的影響89
4.3.2前傾角的影響91
4.3.3鑽齒形狀的影響93
4.4淺紅色花崗岩實驗結果與分析97
4.5花崗岩地層不同齒形布齒間距破岩特性研究實驗101
4.5.1花崗岩不同齒形布齒間距破岩特性實驗研究102
4.5.2實驗結果與結論104
4.6花崗岩切削微宏觀破碎機制112
4.6.1單齒切削模型的建立112
4.6.2結果分析與討論112
4.7本章小結124
第5章異形齒破岩機理及綜合選齒理論126
5.1非均質花崗岩有限模型126
5.2岩石本構模型128
5.2.1應力狀態的描述128
5.2.2岩石材料本構129
5.2.3花崗岩材料參數標定結果134
5.3異形PDC齒切削破碎花崗岩數值仿真138
5.3.1異形PDC齒切削破碎花崗岩建模138
5.3.2異形PDC齒切削破碎花崗岩機理分析141
5.3.3異形PDC齒綜合選齒理論模型158
5.3.4異形PDC齒切削破岩性能分析162
5.3.5異形PDC齒組合切削破碎花崗岩數值仿真205
5.3.6磨損異形PDC齒切削破岩性能結果分析211
5.4異形PDC鑽頭鑽進花崗岩地層數值仿真222
5.5單齒侵入花崗岩數值仿真225
5.6本章小結230
第6章高效破岩鑽頭設計及優化232
6.1冠部形狀設計理論233
6.2軸向布齒238
6.2.1確定主切削齒的軸向位置239
6.2.2確定主切削齒的軸向高度239
6.3刀翼形狀設計240
6.3.1刀翼數量240
6.3.2刀翼形狀以及刀翼位置角241
6.4周向布齒242
6.5高效破岩鑽頭設計242
6.5.1鑽頭冠部形狀設計242
6.5.2鑽頭徑向布齒243
6.5.3鑽頭刀翼形狀設計246
6.5.4刀翼位置角247
6.5.5噴嘴與流道248
6.5.6切削齒249
6.5.7鑽頭接頭251
6.6高效破岩鑽頭優選251
6.6.1鑽頭鑽速分析253
6.6.2鑽頭加速度分析254
6.6.3鑽頭扭矩分析254
6.7鑽頭破岩流-固-熱三場耦合分析256
6.7.1溫度與鑽齒磨損256
6.7.2井底流場與PDC之間對流換熱257
6.7.3研究方法259
6.7.4結果與分析262
6.8本章小結267
第7章高效破岩鑽頭現場應用268
7.1鑽頭的定制加工268
7.2鑽頭現場應用269
7.2.1現場應用269
7.2.2現場使用結果270
7.3本章小結271
參考文獻272
作者介紹280
