冲旋钻井条件下的岩石破碎机理

作者：朱海燕; 刘清友; 邓金根; 王国荣; 廖建华

来源：应用基础与工程科学学报, 2012, (04): 622-631.

• 冲旋钻井
• 破岩机理
• 有限元
• 边齿
• 平底钻头 rotary-percussive drilling
• rock breaking mechanism
• finite element method
• tooth angle
• flat bit

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,...

• 单位
  油气资源与探测国家重点实验室; 中国石油大学（北京）; 西南石油大学