PDC齿切削砾岩的细观损伤模拟

作     者：杨宏宇 邓清源 叶柏良 刘建平 黄安龙 Yang Hongyu;Deng Qingyuan;Ye Bailiang;Liu Jianping;Huang Anlong

作者机构：中国石油塔里木油田公司 西南石油大学机电工程学院钻头研究所 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院 四川职业技术学院智能制造学院 重庆铁马工业集团有限公司 武汉三江航天远方科技有限公司 

基　　金：国家自然科学基金项目“气体钻井激光-机械复合作用高效破岩机理与试验研究”(51974272) 四川省科技创新苗子工程资助项目“激光-机械协同参数配置研究及复合式高效钻头研发”(2022035) 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2024年第52卷第1期

页      码：1-10页

摘      要：砾岩一般具有孔隙结构复杂、非均匀性严重等特点,PDC钻头钻进砾岩地层时破岩效率普遍较低,室内试验很难有效地研究PDC齿的破岩过程。为此,采用离散元软件PFC2D建立了PDC齿切削砾岩的数值模型,研究不同切削深度、前倾角及岩石非均质度情况下,砾岩的破碎形式和过程,引入破岩比功评价了砾岩切削过程中的破岩效率。研究结果表明:一定范围内增加切削深度,砾岩内部剪切裂纹更快萌生且剪切裂纹占比显著增加,主裂纹沿自由面方向和切削方向绕砾扩展;提高砾岩非均质度,岩石逐渐由塑性破坏转变为脆性破坏,非均质度过高会增加砾岩的整体强度,且使作用在PDC齿上的冲击破坏频率增加,不利于破岩;当PDC齿以1 mm切削深度、5°前倾角切削砾岩时,可获得最高的破岩效率。所得结论可为PDC齿设计及切削参数选择提供理论支持。

主 题 词：PDC齿 离散元 砾岩地层 数值模拟 细观损伤 岩石切削 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 082001[082001] 08[工学] 

D　O　I：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.01.001

馆 藏 号：203125798...