1.基于全旋转指向式导向钻井工具提高破岩效率的方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:建立导向钻进数值模型;
步骤二:确定导向轴指向角;
步骤三:建立不同指向角的有限元模型;
步骤四:模拟不同指向角的破岩效果,确定导向钻进最优导向角。
2.根据权利要求1所述的基于全旋转指向式导向钻井工具的一种提高破岩效率的方法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一:建立导向钻进数值模型
(1)几何模型的建立
首先,利用SolidWorks软件建立PDC钻头主切削齿整体几何模型;然后,在非线性有限元软件ABAQUS中直接建立岩石几何模型;
(2)几何模型的网格化处理
将PDC钻头主切削齿几何模型导入ABAQUS软件中,采用10节点四面体单元自由网格划分;岩石几何模型采用8节点缩减积分单元扫掠网格划分技术,沙漏控制,将岩石划分成中心密集周围疏松的网格单元;
(3)几何模型材料属性的定义
岩石几何模型采用Drucker-Prage模型定义材料属性,PDC钻头主切削齿几何模型采用等效密度属性定义;
(4)边界条件荷载及分析步的设置
采用罚接触算法定义PDC钻头主切削齿几何模型与岩石几何模型接触方式,法向为硬接触模型,切向为罚摩擦模型;
步骤二:导向轴指向角的确定
选用指向角分别为0°、5°、10°导向钻进模型进行仿真分析,从而确定一定岩石体积条件下的最佳破岩效率的指向角;
步骤三:建立不同指向角的有限元模型
保证其他参数定义不变的条件下,分别建立指向角为0°、5°、10°的非线性有限元导向钻进仿真模型;
步骤四:模拟不同指向角的破岩效果,确定导向钻进最优导向角;
在ABAQUS软件中,分别对指向角为0°、5°、10°的仿真模型进行模拟分析,并且将仿真模拟所得的数据导入MATLAB软件中经数据拟合,分别得到这三种情况下的岩石破坏体积、钻头扭矩、进尺深度、钻头轴向速度影响规律,确定导向钻进最优导向角。