周向冲击扭矩作用下PDC 钻头的黏滑振动分析

黏滑振动是PDC 钻头钻井过程中一种常见的现象，它会引起钻头过早失效、钻进效率低等问题，使钻井成本升高。在钻头上部安装一套扭力冲击器，可在钻进过程中给钻头提供一个周期性的高频周向冲击载荷，减少扭矩的积蓄时间，减轻PDC 钻进过程黏滑振动。通过对周向扭力冲击器作用下的PDC 钻头在钻井过程中的工况分析，结合钻头钻进力学分析和岩石破碎学，建立了PDC 钻头在周向往复循环冲击载荷作用下的破岩力学模型。对其数值仿真后结果表明，在一定的冲击扭矩作用下，钻进岩石内聚力为40 MPa 的岩层时，卡钻时间减少了51%。这说明对钻头施加周向冲击后可以减轻黏滑振动。研究结果可为周向扭力冲击器在PDC 钻头钻井作业过程中的使用提供理论支撑