冲旋钻井条件下的岩石破碎机理

摘要：

冲旋钻井因其具有较高的钻速和较小的井斜,而广泛应用于矿山、石油与天然气领域的钻井工程中.为了揭示冲旋钻井的破碎机理,考虑静压、冲击和旋转的耦合作用,分别建立了牙齿和12 1/4”全尺寸平底钻头与岩石的三维冲击动力学模型.对所建立的模型进行有限元求解,结果显示:拉应力破碎是岩石破碎的主要形式,剪切应力、压应力破碎次之；岩石的破碎主要发生在岩石的拉应力失效阶段和卸载后的静压-旋转剪切破岩阶段；岩石在单齿的作用下可以显著地分成4个半球形区域；全尺寸钻头的破岩过程可以分成5个破碎阶段；边齿倾角越大,破岩侵深越小,破碎体积越大,齿顶应力越高；钻头边齿齿顶和齿孔应力均远高于中心齿,极易最先破坏；岩石越硬,牙齿侵入深度越小,破岩体积越大.研究结果与一系列的室内实验研究结果一致,可用于冲旋钻井钻头的优化设计及冲旋钻井参数的优选.

关键词：冲旋钻井、破岩机理、有限元、边齿、平底钻头

所属期刊栏目：20

分类号：O319.56(理论力学（一般力学）)

资助基金：国家自然科学基金重点项目51134004

在线出版日期：2012-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：622-631