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基于SPH方法粒子射流破岩数值模拟与实验研究

发布时间:2018-01-19 12:24

  本文关键词: 粒子射流 冲击破岩 SPH方法 室内实验 出处:《爆炸与冲击》2017年03期  论文类型:期刊论文


【摘要】:钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石,实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩,有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法,考虑流体对粒子射流冲击的影响,建立了粒子射流冲击破岩的物理模型,获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律,进行了室内实验验证,验证了SPH方法的有效性。结果表明:粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑;同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍;随着粒子射流冲蚀时间的增加,粒子射流破岩体积不断增加,但破岩效率降低;粒子射流压力大于10 MPa后,粒子射流破岩效率迅速增大;喷射角度大于6°后,破岩效率迅速减小。
[Abstract]:In the drilling fluid, steel particles with volume fraction of 1% and 3% are added to the drilling fluid, and the impact rock is ejected at high speed at the bit nozzle, which realizes the particle jet impingement and the rock breaking combined with the drill bit mechanism. The efficiency of rock breaking is improved effectively. The transient nonlinear dynamic finite element simulation software is used. Based on smooth particle hydrodynamics smoothed particle hydrodynamics method, the effect of fluid on particle jet impingement is considered. The physical model of particle jet impingement on rock burst is established, and the influence of particle jet parameters on rock breaking volume is obtained, which is verified by laboratory experiments. The effectiveness of the SPH method is verified. The results show that the particle jet impinges on the rock surface to form regular V-shaped impact pits. Under the same conditions, the rock breaking volume of particle jet is 2 ~ 4 times of that of water jet. With the increase of the erosion time of particle jet, the rock breaking volume of particle jet increases continuously, but the rock breaking efficiency decreases. When the pressure of particle jet is more than 10 MPa, the rock breaking efficiency of particle jet increases rapidly. When the jet angle is greater than 6 掳, the rock breaking efficiency decreases rapidly.
【作者单位】: 中国石油大学(华东)石油工程学院;中国石油大学(华东)科学技术研究院;中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司;
【基金】:中石油科学研究与技术开发项目(2015F-1801) 第58批中国博士后基金项目(2015M582167) 中央高校基本科研业务费专项项目(16CS02061A) 山东省自然科学基金项目(ZR2016EL10) 青岛市应用基础研究项目(16-5-1-37-jch)
【分类号】:O358
【正文快照】: 粒子冲击钻井技术可以有效提高深井硬地层钻井速度,通过井下钻头喷嘴喷出的高频、高速钢质粒子冲击岩石,粒子冲击时间极短,接触面积极小,产生的瞬时接触应力极大,改变了常规钻头的破岩方式,极大提高了能量利用率[1-4]。徐依吉等[5-6]分析得出粒子冲击破岩过程是涉及多因素的非

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本文编号:1444163

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