基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计

武智; 罗逸非; 马亚超; 乔东宇; 戴勇; 赵继斌; 尚仓健; 周海峰; 刘乾彬

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.009

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基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计

·设计·计算· | 更新时间：2025-11-26

- 基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计
- DESIGN OF ROCK-BREAKING PERFORMANCE ANALYSIS PLATFORM FOR PILOT HOLE-EXPANDING DRILL BIT BASED ON MATLAB/GUI
- 机械强度 2025年47卷第11期页码：68-78
- 作者机构：
  
  1.中国石油集团西部钻探工程有限公司工程技术研究院，乌鲁木齐 830063
  2.西南石油大学机电工程学院，成都 610500
- 作者简介：
  
  武智，男，1992年生，山西朔州人，硕士研究生，工程师；主要研究方向为导向钻井工具；E-mail：2221055323@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金青年科学基金项目(51904263)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.009
  中图分类号： TE921
- 收稿：2024-03-21，
  
  修回：2024-05-07，
  
  纸质出版：2025-11-15
- 稿件说明：
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武智，罗逸非，马亚超等.基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计［J］. 机械强度，2025，47（11）：68-78.

WU Zhi，LUO Yifei，MA Yachao，et al.Design of rock-breaking performance analysis platform for pilot hole-expanding drill bit based on Matlab/GUI［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：68-78.
武智，罗逸非，马亚超等.基于Matlab/GUI的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台设计［J］. 机械强度，2025，47（11）：68-78. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.009.

WU Zhi，LUO Yifei，MA Yachao，et al.Design of rock-breaking performance analysis platform for pilot hole-expanding drill bit based on Matlab/GUI［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：68-78. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.009.

摘要

目前，针对聚晶金刚石复合片（Polycrystalline Diamond Compact

PDC）钻头软件的开发主要集中在领眼钻头上，对领眼-扩眼钻头软件的研究还未见报道，并且PDC钻头破岩性能分析常基于有限元仿真分析方法开展，存在效率较低、时间成本大、灵活度不高的局限性，极大地限制了钻头设计研发进度。为此，设计了基于Matlab/图形用户界面（Graphical User Interface

GUI）的领眼-扩眼钻头破岩性能分析平台，旨在提供一个高效的工具，用于领眼-扩眼钻头破岩性能的评估与优化。该平台利用Matlab软件的数值计算和GUI图像处理功能，采用零点遍历法，结合切削齿的切削受力模型，能够计算切削齿的切削参数和领眼-扩眼钻头的受力情况，根据环境地层参数快速优选出最佳的钻扩组合类型，并且分析出领眼-扩眼钻头水力学特性，实现其破岩性能分析功能。结果表明，该软件适应性强、效率高，能在短时间内进行批量化的不同布齿结构领眼-扩眼钻头破岩性能分析，对提高领眼-扩眼钻头设计研发具有重要指导意义。

Abstract

Currently

the development of software for polycrystalline diamond compact (PDC) bits is focused primarily on pilot bits

while no research on software for pilot-reamer bits has been reported. Moreover

the analysis of PDC bit rock-breaking performance is often conducted based on finite element simulation methods

which have limitations such as low efficiency

high time cost，and poor flexibility—greatly restricting the progress of bit design and development.To address this issue

a rock-breaking performance analysis platform for pilot-reamer bits based on Matlab/Graphical User Interface (GUI) was designed

aiming to provide an efficient tool for the evaluation and optimization of pilot-reamer bit rock-breaking performance. This platform utilized the numerical calculation capability of Matlab software and the image processing function of GUI. The zero-point traversal method was adopted

and combined with the cutting force model of cutting teeth

the platform could calculate the cutting parameters of cutting teeth and the force state of pilot-reamer bits. It could also quickly select the optimal drilling-reaming combination type based on environmental formation parameters

analyze the hydraulic characteristics of pilot-reamer bits

and thereby realize the rock-breaking performance analysis function. The results show that the software has strong adaptability and high efficiency. It can conduct batch analysis of the rock-breaking performance of pilot-reamer bits with different tooth arrangement structures in a short time

which provides important guiding significance for improving the design and development of pilot-reamer bits.

关键词

Keywords

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