超声波振动高温岩石的破碎规律研究

发布时间：2023-09-21 19:42

　　目前坚硬地层钻进是深部科学勘探、深部资源开采的一大难题,采用常规钻进技术,存在进尺效率低、钻头寿命短、钻井周期长、钻进成本高等问题。随钻进深度增加,地层温度逐渐升高,常规地层深度每增加1km,温度平均增高30℃,温度升高对常规钻进方法产生很大影响。超声波振动作为新型辅助碎岩技术,具有所需轴向压力小、能量集中、能量传播快的特点,已在材料加工、油气增渗、太空钻进等领域进行广泛应用,为超声波振动在破碎硬岩领域提供了宝贵经验。目前,超声波振动碎岩技术已受到国内外学者的热切关注,并开展了丰富的理论与试验研究,但是还未出现考虑岩石温度对超声波振动破碎岩石影响规律开展的相关研究。因此本文选取广泛存在的代表性硬岩-花岗岩作为研究对象,从宏观角度到微观角度对超声波振动下高温花岗岩破碎效果开展研究,得出超声波振动下高温花岗岩的破碎规律。为超声波振动技术在深部硬岩及地热钻进中的应用提供理论支持,具有实际意义。本文采取理论分析、数值模拟以及室内试验相结合的方法,运用Matlab数字图像处理软件、PFC2D(Particle Flow Code 2D)数值模拟软件,借助核磁共振检测、单轴抗压强度检测、渗透探伤法...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 超声波振动碎岩理论与试验研究国内外研究现状
        1.2.2 高温花岗岩物理力学性质变化国内外研究现状
        1.2.3 岩石损伤数值模拟法研究现状
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
第2章 超声波振动高温花岗岩碎岩规律理论分析
    2.1 超声波振动花岗岩碎岩规律理论分析
        2.1.1 裂纹起裂判据
        2.1.2 疲劳损伤分析
        2.1.3 岩石共振理论
        2.1.4 能量耗散理论
    2.2 花岗岩热损伤分析
    2.3 本章小结
第3章 超声波振动下高温花岗岩破碎过程数值模拟分析
    3.1 离散元分析方法
        3.1.1 PFC2D简介
        3.1.2 颗粒流基本原理
        3.1.3 离散元细观接触本构模型
    3.2 数值模型建立
        3.2.1 非均质花岗岩PFC2D数值建模
        3.2.2 数值模型力学参数的确定
        3.2.3 边界条件及载荷设置
    3.3 数值模拟结果分析
        3.3.1 岩石模型内部应力分布特征
        3.3.2 裂纹分布特征
        3.3.3 裂纹方位角特征
    3.4 本章小结
第4章 超声波振动高温花岗岩碎岩规律的试验研究
    4.1 试验目的与试验设备
        4.1.1 试验目的
        4.1.2 试验设备
    4.2 试验方法与步骤
        4.2.1 花岗岩样品制备
        4.2.2 超声波振动碎岩试验方案
        4.2.3 花岗岩内部损伤检测原理
        4.2.4 花岗岩内部损伤检测方案
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 花岗岩试样破碎体积
        4.3.2 花岗岩试样孔隙度的变化
        4.3.3 花岗岩试样T2图谱分布的变化
        4.3.4 花岗岩试样单轴抗度的变化
        4.3.5 花岗岩试样内部裂纹分布
        4.3.6 损伤变量与力学性能关系
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢



本文编号：3848269