复合冲击相位差对破岩效率影响数值模拟研究

作     者：席岩 王皓宇 齐悦 田玉栋 李军 汪伟 Xi Yan;Wang Haoyu;Qi Yue;Tian Yudong;Li Jun;Wang Wei

作者机构：北京工业大学建筑工程学院 大庆钻探钻井工程技术研究院 中国石油大学(北京) 

出 版 物：《石油机械》 (China Petroleum Machinery)

年 卷 期：2023年第51卷第3期

页      面：40-48页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金项目“基于压裂过程中四维地质力学的套管变形机理及控制方法研究”(52004013)。 

主　　题：冲击钻井工具 复合冲击 破岩效率 相位差 数值模型 侵彻深度 

摘      要：现有复合冲击破岩效率的研究均未考虑轴向冲击和扭转冲击载荷相位差对于破岩效率的影响,为此,进行了复合冲击载荷相位差对破岩效率影响的研究。建立了轴-扭复合冲击钻具PDC钻头单齿破岩数值模型,分析了轴向和扭转冲击应力波不同相位差对钻齿侵彻深度、切削面下岩石损伤以及钻后形成岩屑形态及数量的影响规律。研究结果表明:在轴向和扭转冲击载荷等振幅条件下,当相位差为50%时,侵彻深度最佳,切削面以下岩石损伤的程度更为明显;当轴向振幅较大,相位差为75%时,对于岩体侵彻深度效果的提升最为明显,破岩效果最佳;相位差为100%时,侵彻深度较深,且钻齿波动较小,产生的岩屑颗粒较小。研究结论可为复合冲击钻具结构的优化和运动参数的调整提供理论基础。