基于岩石性能试验的冲旋钻井钻齿破岩仿真.pdf

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1、第42卷第l期石油钻探技术Vo1．42No．12014年1月PE'I、R()LEUMDRIIIINGTECHNIQUESJan．，2O14钻采机械doi：10．3969／j．issn．1001—0890．2014．01．021基于岩石性能试验的冲旋钻井钻齿破岩仿真张晓东，张毅，苟如意，何石，王海娟z(1．西南石油大学机电工程学院，四川成都610500；2．中国石化河南油田分公司石油工程技术研究院，河南南阳473000)摘要：利用空气冲旋钻井技术进行钻进时，易出现钻齿脱落、折断以及磨损严重等失效问题。针对该问题，应用岩石力学试验机和SHPB试验装置，开展

2、了花岗岩动态劈裂拉伸、单轴压缩和围压下的压缩性试验，为数值模拟提供了必要的岩石材料模型参数。数值模拟选用HJ—C动态本构模型，结合试验结果确定了材料模型参数，选择花岗岩的拉应变作为失效准则。在此基础上，对钻齿的齿形参数和破岩的钻齿侵入深度、破碎体积进行了数值模拟。研究表明，相同工况下锥形中心齿的破岩效率最高，边齿角度取30。可显著提高岩石的破碎体积。在此基础上，对齿面布齿进行选配研究，发现“中心球形齿+周围锥形齿”的破岩效率最高，“中心球形齿+周围球形齿”组合的破岩效率最低。关键词：冲旋钻井岩石力学动态本构钻头牙齿有限元法破岩效率中图分类号：TE921

3、。。．1文献标识码：A文章编号：1001—0890(2014)01—0105—06SimulationofaallllllerBitDrillingBasedonRockPropertiesExperimentZhangXiaodong，ZhangYi，GouRuyi，HeShi，Wangaaijuan(SchoolofMechatronicEngioneering，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu，Sichuan，610500，China；2．PetroleumEngineeringandTechnologyR

4、esearchInstitute，HenanOilfieldBranch，Sinopec，Nanyang，Henan，473000，ina)Abstract：Toinvestigatefrequentfailuresofdrillbitteethinairhammerdrillingliketeethfalling，breakingandseverewear，laboratoryexperimentsofdynamicsplittingtensile，uniaxialandtriaxialcompressionandcompressionwithgra

5、nitesampleswereconductedwiththeStlPBandmaterialtestsystemtoobtainmechanicalpropertiesoftherockfornumericalsimulation．H_J～Cdyr~cconstitutivemodelwasadoptedforinnumericalsimulation，thematerialmodelparametersweredeterminedfromexperiment，andtensilestrengthofgranitewasselectedasfailu

6、recriterion．D—llbittoothparameters，thebitteethsinkingdepth，crushingvolumeweresimulatednumerically，whichshowedthattheconetothhasthehighestefficiencyinrockbreakingundertheSalTleconditionsandheeltothin30。canincreasetherockcrushingvolumesignificantly．Inaddition，theconfigurationoftot

7、hsurfacewasexamined，whichshowedthatthepat—ternof“ballteethinthemiddleandconeteethintheperipheral”hashighestrockbreakingefficiency．butthepatternof“ballteethinthemiddleandperipheral”haslowestinrockbreakingefficiency．Keywords：hammerbitdrilling；rockmechanics；dynamicconstitutive；bitt

8、ooth；finiteelementmeth—od；rockbreakingefficienc