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Modeling of Cutting Rock: From PDC Cutter to PDC Bit—Modeling of PDC Cutter

前角 流体静力平衡 压力(语言学) 地质学 聚晶金刚石 结构工程 工程类 钻石 机械加工 机械工程 材料科学 语言学 量子力学 物理 哲学 复合材料
作者
Pengju Chen,Stefan Miska,Mengjiao Yu,Evren Ozbayoglu
出处
期刊:Spe Journal [Society of Petroleum Engineers]
卷期号:26 (06): 3444-3464 被引量:36
标识
DOI:10.2118/205342-pa
摘要

Summary The main purpose of this paper is to present our polycrystalline diamond compact (PDC) cutter model and its verification. The PDC cutter model we developed is focused on a PDC cutter cutting a rock in 3D space. The model studies the forces between a cutter and a rock and applies the theory of poroelasticity to calculate the stress state of the rock during the cutting process. Once the stress state of the rock is obtained, the model can then predict rock failure by the modified Lade criterion (Ewy 1999). This work also developed a trial-and-error procedure to predict cutting forces, and the stress state of a rock before cutting process is also considered. A complete verification of the cutter model is conducted. The model results (i.e., predicted cutting forces) are compared with measured cutting forces from cutter tests in multiple published articles. The major influencing factors on cutting forces—backrake angle, side-rake angle, depths of cut, worn depth (or wear flat area), and hydrostatic pressure—are all studied and verified. A good agreement between the model results and cutter test data is found, and the overall mean relative error is approximately 15%. The influence of inhomogeneous precut stress state of a rock is also studied. Overall, the cutter model in this paper is complete and accurate. It is ready to be integrated into a PDC bit model.
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