基于扩展PFC2D-GBM模型的单齿切削花岗岩破碎机制

摘要：

常规钻井工具在钻进深部油气资源地层岩石的过程中,通常会遇到钻速低、成本高等问题.为提高钻头在深部硬地层的钻进效率、优化破岩参数,利用扩展PFC2D-GBM模型建立基于真实晶粒结构的花岗岩模型,对PDC单齿切削作用下的破岩机制进行深入分析,分别从宏细观尺度讨论围压、前倾角以及切削速度对破岩效果的影响.结果表明:在切削过程中,岩石中总会萌生晶内拉伸裂纹、晶内剪切裂纹、晶间拉伸裂纹以及晶间剪切裂纹4种微裂纹;无论在何种工况下,晶间拉伸裂纹的数量总是最多且分布范围最广;在无围压时,矿物晶粒在PDC齿作用下沿晶粒边界脱离岩石形成岩屑,产生的裂纹基本是晶间拉伸裂纹,只存在极少的晶内裂纹;随着围压的增大,晶内剪切裂纹的萌生会得到一定的促进作用,并且围压越大,这种促进作用更强.

关键词：硬岩、花岗岩、PFC2D、细观破碎、数值模拟

所属期刊栏目：47

分类号：TE921(石油机械设备与自动化)

资助基金：国家能源局能源领域科技助力经济重点专项;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-05-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：81-89