粒子射流冲击下破岩应力分析与破岩区域

作     者：任福深 方天成 程晓泽 常玉连 Ren Fushen;Fang Tiancheng;Cheng Xiaoze;Chang Yulian

作者机构：东北石油大学机械科学与工程学院 中国石油天然气集团公司 

出 版 物：《石油学报》 (Acta Petrolei Sinica)

年 卷 期：2018年第39卷第9期

页      面：1070-1080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] 0808[工学-电气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：黑龙江省博士后科研启动金项目(LBH-Q15018)资助 

主　　题：粒子射流 应力分析 破岩区域 数学模型 实验研究 

摘      要：由于粒子射流冲击破岩的复杂性和破岩过程的短暂性,粒子射流冲击作用下岩石的力学特性与损伤破坏研究是一个难点问题。考虑粒子射流返流的影响,基于空腔膨胀理论建立了粒子射流耦合冲击作用下的岩石应力和破岩区域的数学模型,采用数值计算和仿真模拟相互验证的研究方法,分析了粒径和射流冲击速度对单粒子射流冲击作用下岩石的应力分布和破岩区域的影响规律。针对多粒子连续射流耦合冲击破岩过程,给出了破岩区域的计算方法,采用数值计算和实验验证相结合的研究方法,得到了垂直射流和旋转射流状态下的破岩区域规律。结果表明:粒子射流耦合冲击破岩过程中,呈一定角度的旋转射流破岩区域要比垂直射流破岩区域大,粒径的增加对破岩区域影响较小,当射流冲击速度为200 m/s和粒径为1.0 mm时,8°和20°射流冲击破岩区域分别是喷嘴出口直径的1.7和1.9倍。