基于PFC的微波辅助PDC齿破岩数值模拟

作     者：李扬 叶一亨 刘勇 向杨 杨迎新 Li Yang;Ye Yiheng;Liu Yong;Xiang Yang;Yang Yingxing

作者机构：西南石油大学机电工程学院成都610500 油气钻完井技术国家工程研究中心北京102206 中国石油西南油气田物资分公司成都610051 

出 版 物：《地下空间与工程学报》 (Chinese Journal of Underground Space and Engineering)

年 卷 期：2024年第20卷第5期

页      面：1634-1647页

核心收录：

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：中国博士后科学基金(2019M653479) 四川省自然科学基金(2022NSFSC1007) 

主　　题：微波辅助破岩 PFC 切削破岩 PDC齿 

摘      要：微波辅助机械破岩是近年来提出的一种破岩新方法,为探索该方法辅助PDC钻头破碎难钻地层的可行性,本文基于离散元软件PFC的黏结颗粒模型(BPM),建立了微波加热下PDC齿与岩石互作用模型,研究了不同微波照射条件对PDC齿切削破岩的影响。结果表明:在相同微波照射时间下,照射功率较低时,切削破岩模式以PDC齿的挤压刮切作用为主,随着功率的提升,岩石内部热裂纹逐渐增多,破坏模式转变为微波诱导热裂纹所主导的脆性块状破坏为主;微波损耗功率达到3.51 kW、照射90 s后,平均切削力和破岩比功分别较常规切削时降低56.77%和73.9%,微波损耗功率越大,照射时间越长,破岩效率越高;微波照射可减小切削力的波动幅度,使切削力的变化更平缓,有助于提高PDC齿的工作寿命。