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围压条件下电脉冲破碎干热岩机理

天然气工业 2022年第4期42卷 117-129页

作者：刘伟吉胡海祝效华罗云旭陈梦秋西南石油大学机电工程学院西南石油大学地热能研究中心

干热岩储集层具有埋深大、温度高、岩石硬度高、研磨性强、可钻性差、地层环境复杂多变且施工难度大等特点,现有钻井技术难以满足地热资源的有效开发。利用高压电脉冲破岩技术开采干热岩热能有利于避免机械钻井过程中钻头磨损的问题,但... 详细信息

干热岩储集层具有埋深大、温度高、岩石硬度高、研磨性强、可钻性差、地层环境复杂多变且施工难度大等特点,现有钻井技术难以满足地热资源的有效开发。利用高压电脉冲破岩技术开采干热岩热能有利于避免机械钻井过程中钻头磨损的问题,但其破岩机理尚不清楚。为此,基于离散元颗粒流GBM和等离子体通道路径生成的概率发展模型建立了电脉冲破岩热—力耦合模型,并就围压—液柱压力范围介于5~25 MPa,围压—液柱压力比K介于0.05~20时的花岗岩进行电脉冲破碎后产生的裂纹类型及数量、破碎体积分数分析。研究结果表明:①电脉冲破碎花岗岩后,花岗岩内部产生了晶内拉伸、晶内剪切、晶间拉伸与晶间剪切4种微观裂纹,并以前3种裂纹为主;②当K≥1,且围压大于15 MPa时会促进花岗岩的电脉冲破碎,随围压的增大,晶间拉伸裂纹的萌生和扩展得到加强;③K<1时,对于不同的K值,各个类型的裂纹数量曲线呈现出不同的形态,并且产生的裂纹总数少;④在围压处于很低水平时,无论液柱压力如何变化,相对于围压较大的情况电脉冲破岩效率会更高,破碎体积分数更大。结论认为,利用高压电脉冲对岩石进行破碎,是一种新型的破岩方式,围压条件下电脉冲破碎干热岩机理的揭示,为干热岩的高效钻井开发提供了理论支撑和技术参考。

关键词：干热岩 GBM 花岗岩电脉冲破岩围压液压裂纹数值模拟

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异形PDC齿切削破岩提速机理研究

中国机械工程 2022年第17期33卷 2133-2141页

作者：刘伟吉阳飞龙祝效华罗云旭何灵西南石油大学机电工程学院成都610500

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩... 详细信息

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明:锥形齿的切向力最小,破岩比功最高,对应的锥形齿钻头的进尺也最小;三平面齿的法向力和切向力均为最大;破岩比功最低的齿为双曲面齿;进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。

关键词：花岗岩 PDC齿全钻头切削力破岩比功

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基于等效岩体表征方法的花岗岩切削破碎机理

应用基础与工程科学学报 2023年第4期31卷 1043-1060页

作者：刘伟吉王燕飞祝效华罗云旭胡海西南石油大学机电工程学院四川成都610500 石油天然气装备教育部重点实验室四川成都610500 西南石油大学地热能研究中心四川成都610500

利用离散元颗粒流方法,建立了花岗岩的等效岩体表征模型,研究了单向应力和双向应力作用下钻齿切削花岗岩的切削力动态响应、微宏观裂纹、岩屑生成、能量耗散等机理问题.研究发现,晶间拉伸裂纹和晶内剪切裂纹是切削过程中产生的两种主要... 详细信息

利用离散元颗粒流方法,建立了花岗岩的等效岩体表征模型,研究了单向应力和双向应力作用下钻齿切削花岗岩的切削力动态响应、微宏观裂纹、岩屑生成、能量耗散等机理问题.研究发现,晶间拉伸裂纹和晶内剪切裂纹是切削过程中产生的两种主要裂纹;随着切削深度的增加,裂纹数增加;单向应力下,侧压和液柱压力都会使得岩石压实,使总裂纹数降低,增加切削能耗,且液柱压力对花岗岩破碎的影响高于同值下的侧压,而大侧压或液柱压力会使得晶间拉伸裂纹数量增多;双向应力下,液柱压力对花岗岩破碎的影响远远高于同值下的侧压,侧压和液柱压力的相对大小是影响花岗岩破碎的重要因素.研究结果可为深部硬脆性花岗岩地层的钻井提速提供借鉴和依据.

关键词：破岩机理等效岩体技术离散元切削破岩 GBM 双轴应力

PDC单齿切削破碎非均质花岗岩性能的评价新方法

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天然气工业 2023年第4期43卷 137-147页

作者：祝效华王燕飞刘伟吉谭宾罗云旭李枝林西南石油大学机电工程学院西南石油大学地热能研究中心中国石油集团川庆钻探工程有限公司

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在非均质、研磨性强的复杂地层存在破岩效率低、使用寿命短的问题,现有研究普遍孤立看待PDC齿的寿命和破岩效率。为此,根据PDC齿的攻击性能、受力状态及破岩效率间的关系,以2种花岗岩为研究对象,建立了非均质... 详细信息

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在非均质、研磨性强的复杂地层存在破岩效率低、使用寿命短的问题,现有研究普遍孤立看待PDC齿的寿命和破岩效率。为此,根据PDC齿的攻击性能、受力状态及破岩效率间的关系,以2种花岗岩为研究对象,建立了非均质花岗岩的有限元模型,然后对3种PDC齿(锥形齿、鞍形齿和圆形齿)切削破碎非均质花岗岩的破岩效率的影响因素进行了研究,最后对3种齿的破岩性能进行了评价,对切削倾角进行了优选,最终提出一种评价PDC齿破岩性能的新方法。研究结果表明:①岩石细观矿物成分、强度、尺寸和含量会影响破岩效率,岩石的细观平均强度和岩石矿物泊松比的增加均会降低破岩效率;②围压的增加会降低齿的破岩性能,3种齿形的破岩性能从大到小排序为锥形齿、鞍形齿和圆形齿,且不受围压与切削倾角的影响;③当切削深度为1 mm,且仅考虑切削作用时,鞍形齿最优切削倾角范围为10°~15°,锥形齿的切削倾角优选范围为5°~10°,圆形齿的推荐切削倾角范围为0°~5°。结论认为,破岩性能评价新方法综合考虑了PDC齿的破岩效率、几何形状及其受力状态,能充分体现PDC齿的能耗经济性、寿命经济性及其切削参数的攻击特性差异,可为PDC齿形设计和参数优化提供新思路和新依据。

关键词：破岩性能 PDC齿花岗岩矿物组分围压

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粒子冲击及其辅助钻齿破岩规律研究

西南石油大学学报（自然科学版） 2023年第5期45卷 152-163页

作者：祝效华何灵刘伟吉罗云旭阳飞龙西南石油大学机电工程学院四川成都610500

粒子冲击钻井是一种新型高效的钻井技术,结合冲击技术和机械破岩,实现了钻头在研磨性硬地层的高效钻进。当前粒子冲击辅助破岩的机理还不够明确,为优化粒子冲击钻井参数,提高钻井效率,基于离散元颗粒流方法,建立了具有微观聚团特性的黑... 详细信息

粒子冲击钻井是一种新型高效的钻井技术,结合冲击技术和机械破岩,实现了钻头在研磨性硬地层的高效钻进。当前粒子冲击辅助破岩的机理还不够明确,为优化粒子冲击钻井参数,提高钻井效率,基于离散元颗粒流方法,建立了具有微观聚团特性的黑砂岩数值模型。在考虑黑砂岩的矿物组分及占比情况下,研究了粒子在不同粒径、入射角度、入射速度条件下的单粒子冲击、多粒子冲击及辅助切削破岩规律。研究表明:1)粒子冲击辅助切削破岩相比传统切削破岩效率更高,粒子粒径在1.5和3.0 mm时,破岩比功会呈现急剧降低的现象,粒径在1.5~2.5 mm破岩比功变化不大;2)粒子粒径、入射角度和入射速度对辅助破岩有重要影响,为提高辅助破岩效率,建议使用粒径为3.0 mm的粒子和0°~25°的入射角度,同时加大入射速度。研究表明,粒子冲击钻井技术是提高研磨性硬地层高效钻进的有效手段,研究结果能为该技术的发展提供一定的指导意义。

关键词：粒子辅助破岩离散元数值模拟破岩效率

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单齿切削破碎非均质花岗岩微宏观机理研究

工程力学 2022年第6期39卷 122-133页

作者：刘伟吉王燕飞郭天阳罗云旭祝效华西南石油大学机电工程学院成都610500 香港大学地球科学系中国香港999077

深部难钻地层岩石硬度大、可钻性差等问题是制约深层非均质硬地层钻井提速的瓶颈问题,深入研究其切削破碎机理对于提高钻进速度、降低钻井成本有重要意义。该文采用离散元PFC2D—GBM (Particle Flow Code 2D—grain-based model)来模拟... 详细信息

深部难钻地层岩石硬度大、可钻性差等问题是制约深层非均质硬地层钻井提速的瓶颈问题,深入研究其切削破碎机理对于提高钻进速度、降低钻井成本有重要意义。该文采用离散元PFC2D—GBM (Particle Flow Code 2D—grain-based model)来模拟硬脆性的非均质花岗岩,研究了不同液柱压力、晶粒尺寸、晶粒随机分布特性、钻齿倾角、切削深度和速度等条件下的单齿切削破碎花岗岩机理。研究发现:晶间剪切裂纹和晶内拉伸裂纹是切削过程中花岗岩产生的两种主要裂纹类型;切削力随着切削行程表现出明显的波动,切削力大小急剧增大和降低,并且随着液柱压力、切削深度和切削齿倾角的增大表现得更加明显;液柱压力、晶粒尺寸和晶粒的随机分布特性对切屑形态有很大影响,相比之下,与上述三个因素相比,切削深度、刀具前角和切削速度对切屑形态影响不大。研究结果对于深入认识花岗岩切削破碎机理有重要意义,可为改进破岩钻头的设计提供依据。

关键词：切削破岩机理花岗岩 PFC GBM模型非均质性

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关于职业院校学生德育教育之实践探索

中文科技期刊数据库（文摘版）教育 2022年第12期 148-150页

作者：罗云旭云南临沧技师学院云南临沧677000

本文将立足于职业教育改革和素质教育核心要求,对标于职业院校思政教育工作特点和职校学生群体共性,依托文献查阅、案例分析、问卷调查等方法获取有关资讯,结合笔者个人的工作经验和相应研究成果,围绕“关于职业院校学生德育教育之初探... 详细信息

本文将立足于职业教育改革和素质教育核心要求,对标于职业院校思政教育工作特点和职校学生群体共性,依托文献查阅、案例分析、问卷调查等方法获取有关资讯,结合笔者个人的工作经验和相应研究成果,围绕“关于职业院校学生德育教育之初探”一题撰写,针对这一方面长期存在的一系列问题提出相应的策略性建议,希望能够给诸位的工作优化带来一定的灵感和帮助。

关键词：职业院校德育教育策略

维普期刊数据库评论

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维普期刊数据库

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异形PDC齿切削破碎非均质花岗岩机理研究

石油机械 2022年第4期50卷 22-31页

作者：刘和兴罗云旭刘伟吉马传华吴艳辉祝效华柳亚亚中海石油(中国)有限公司湛江分公司西南石油大学机电工程学院

为了进一步明晰难钻地层(如花岗岩地层)中异形PDC齿的破岩机理,采用有限元建立了含不同矿物组分的细观非均质花岗岩模型,同时还建立了10种常见的异形PDC齿在不同围压条件下的切削破岩模型,并对其破岩机理进行了分析。研究结果表明:鞍形... 详细信息

为了进一步明晰难钻地层(如花岗岩地层)中异形PDC齿的破岩机理,采用有限元建立了含不同矿物组分的细观非均质花岗岩模型,同时还建立了10种常见的异形PDC齿在不同围压条件下的切削破岩模型,并对其破岩机理进行了分析。研究结果表明:鞍形齿和双曲面齿的破岩效率最高,其原因为这两种齿形能在实现移除区的脆性破碎的同时减少影响区的纵向破碎;围压对钻齿的破岩效率和攻击性有抑制作用,其原因为围压的增加使得移除区以塑性破碎为主,且锥形齿的破岩效率对围压变化最敏感,而围压的增加对双曲面齿和鞍形齿的破岩效率抑制作用最不显著;研究的10种PDC齿形被分为曲面齿、平面齿和凸刃齿3类,且这3类齿的应力集中状态依次增大。研究结果可为钻齿的选择、钻头的设计优化以及钻井参数的优选提供依据。

关键词：破岩机理异形PDC齿花岗岩围压有限元

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粒子射流及其辅助钻齿破岩规律研究

西南石油大学学报(自然科学版) 2021年

作者：祝效华何灵刘伟吉罗云旭阳飞龙西南石油大学机电工程学院

粒子射流钻井（Particle Impact Drilling，简称PID）是一种新型高效的钻井技术，其结合射流技术和机械破岩，实现了钻头在研磨性硬地层的高效钻进。当前粒子射流辅助破岩的机理还不够明确，为优化粒子射流钻井参数，提高钻井效率，基... 详细信息

粒子射流钻井（Particle Impact Drilling，简称PID）是一种新型高效的钻井技术，其结合射流技术和机械破岩，实现了钻头在研磨性硬地层的高效钻进。当前粒子射流辅助破岩的机理还不够明确，为优化粒子射流钻井参数，提高钻井效率，基于离散元颗粒流方法，建立了具有微观聚团特性的黑砂岩数值模型。通过考虑黑砂岩的矿物组分及占比情况，研究了粒子在不同粒径、入射角度、入射速度条件下的单粒子射流、多粒子射流及辅助切削破岩规律。研究表明：①粒子射流辅助切削破岩相比传统切削破岩效率更高，粒子粒径在1.5 mm和3 mm时，破岩比功会呈现急剧降低的现象，粒径在1.5～2.5 mm之间破岩比功变化不大；②粒子粒径、入射角度和入射速度对辅助破岩有着重要影响，为提高辅助破岩效率，建议使用粒径为3 mm的粒子和0°～25°的入射角度，同时加大射流速度。结论认为，粒子射流钻井技术是提高研磨性硬地层高效钻进的有效手段，研究结果能为该技术的发展提供一定的指导意义。

关键词：粒子辅助破岩离散元数值模拟破岩效率