单齿复合冲击切削破岩机制及其与扭转冲击的对比

发布时间：2024-02-29 20:27

　　复合冲击钻井技术是继扭转冲击钻井技术之后发展起来的新的针对硬地层的提速技术,但其破岩提速机制及其相对于扭转冲击技术的区别还不够清晰,使在实际钻井中对于这两种钻井技术的选择没有依据。针对此问题,在室内试验的基础上基于有限元方法建立单齿复合冲击切削岩石(硬岩和软岩)的拟三维数值仿真模型,研究复合冲击作用下钻齿切削岩石过程中岩屑形成及破岩比功等,并与扭转冲击切削做相应对比分析。结果表明:针对硬岩(雅安花岗岩),当切削深度较小(小于0.6 mm)时,复合冲击切削破岩效率最高;当切削深度适中(0.6～1.2 mm)时,扭转冲击切削破岩效率最高;当切削深度较大(大于1.2 mm)时,扭转冲击和复合冲击相对于常规切削破岩几乎没有提速效果;在软地层(南充砂岩)中复合冲击和扭转冲击切削几乎没有提速效果。

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1岩石切削破岩数值仿真模型

复合冲击切削破岩是在扭转冲击切削破岩的基础上再施加一个轴向方向的高频冲击。在之前研究的基础上[13-15]建立单齿复合冲击切削破岩的数值仿真模型,如图1所示。岩石模型长40mm,高20mm,网格类型采用四面体类型,即C3D6。岩石模型左右两个面在x方向被约束,下表面在y方向被....

图2复合冲击不同切削深度下岩石的破碎情况(雅安花岗岩)

复合冲击切削在不同切削深度下岩石的损伤和岩屑生成情况如图3所示。其中红色区域为岩石损伤值为1的情况,表示岩石单元在钻齿的切削作用下刚度完全退化。由图3可知,当切削深度为0.2和0.5mm时,几乎没有块状岩屑生成,岩石与切削齿接触的区域刚度完全退化,呈现塑性破碎。当切削深度为0.....

图3不同切削深度下岩石的损伤和岩屑的生成情况(雅安花岗岩)

图2复合冲击不同切削深度下岩石的破碎情况(雅安花岗岩)复合冲击破岩下,不同切削深度切削力随切削时间的变化如图4所示。切削力随切削时间呈现连续波动状态,切削力峰值对应切削齿吃入岩石、岩石吸收切削功的过程,切削力谷值对应岩屑形成并脱离岩石本体的过程,切削深度越小切削力的波动幅值越小....

图4不同切削深度对应的切削力随时间的变化规律

复合冲击破岩下,不同切削深度切削力随切削时间的变化如图4所示。切削力随切削时间呈现连续波动状态,切削力峰值对应切削齿吃入岩石、岩石吸收切削功的过程,切削力谷值对应岩屑形成并脱离岩石本体的过程,切削深度越小切削力的波动幅值越小。不同切削深度下扭冲破岩和复合冲击破岩切削力平均值对比如....

本文编号：3914882