PDC齿切削砾岩的细观损伤模拟

TE242; 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...

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Bibliographic Details
Published in石油机械 Vol. 52; no. 1; pp. 1 - 10
Main Authors 杨宏宇, 邓清源, 叶柏良, 刘建平, 黄安龙
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 重庆铁马工业集团有限公司%西南石油大学机电工程学院钻头研究所 2024
四川职业技术学院智能制造学院%西南石油大学机电工程学院钻头研究所
武汉三江航天远方科技有限公司
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%西南石油大学机电工程学院钻头研究所
Subjects
rock cutting
砾岩地层
细观损伤
PDC齿
岩石切削
microscopic damage
discrete element
conglomerate
数值模拟
PDC cutter
离散元
numerical simulation
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Summary:TE242; 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.
ISSN:1001-4578
DOI:10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2024.01.001