基于SPH-FEM耦合的粒子射流冲击破岩深度研究

发布时间：2022-02-16 07:28

　　在石油钻探过程中,由于深井、硬地层段存在钻进速度慢、成本过高等问题,严重制约深层油气资源的钻探与开发。粒子射流冲击破岩技术主要以高速金属粒子冲击破岩为主的高效钻探方式,可实现深井硬地层的快速钻进。针对粒子射流冲击破岩深度这一研究内容,采用SPH（光滑粒子流体动力学方法）与FEM（有限元方法）耦合算法建立粒子射流冲击破岩模型,以JH-2损伤模型表征岩石的力学特性,运用显示有限元的分析方法对水射流冲击、粒子冲击和粒子射流冲击破岩过程与岩石损伤破坏效果进行动力学仿真,研究分析了粒子射流冲击破岩深度的影响因素。针对粒子射流冲击破岩过程的复杂性,根据岩石在不同损伤状态下,建立了粒子射流冲击破岩深度的数学模型并进行数值计算,求得岩石在稳定损伤时的破岩深度,同时分析研究了稳定损伤时单次冲击破岩深度随射流冲击速度、粒子冲击次数、粒径大小的变化规律;基于自主研制的粒子射流冲击破岩综合试验平台进行实验研究,并将实验结果与数值计算、动力学仿真结果进行对比分析,验证分析研究结果可对粒子射流冲击钻井参数的优选和现场应用提供理论依据与指导。 

【文章来源】：东北石油大学黑龙江省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1粒子射流冲击钻井系统

图 2.3 等效塑性应变随等效应力的变化关系等效塑性应变p 随等效应力 的变化关系可知，当 D现塑性变形；当0 D 1时，材料的等效塑性应变随度随之降低；当等效塑性应变p 达到等效破碎塑性应

不同冲击方式下的几何模型示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SPH方法粒子射流破岩数值模拟与实验研究[J]. 赵健,张贵才,徐依吉,周毅,王瑞英,邢雪阳,李建波.  爆炸与冲击. 2017(03)
[2]基于SPH-FEM耦合算法的脉冲射流冲击特性分析[J]. 熊小涛,吕彦明,何雪明.  机械设计与研究. 2017(02)
[3]粒子射流冲击破岩效果影响因素试验研究[J]. 王方祥,王瑞和,周卫东,李罗鹏.  石油钻探技术. 2017(02)
[4]粒子射流耦合冲击破岩建模与实验分析[J]. 任福深,程晓泽,李洋,王宝金,朱安贺,赵蕾.  工程力学. 2017(02)
[5]基于光滑粒子流体动力学耦合有限元方法的水射流破煤参数数值模拟分析[J]. 蒋一峰,阚瞳,卜晓颖,冯天飞,代转.  煤矿安全. 2017(01)
[6]粒子破岩钻进技术研究进展及发展趋势[J]. 王瑞和,王方祥,周卫东,徐依吉,王明波,仲冠宇.  中国石油大学学报(自然科学版). 2016(06)
[7]粒子冲击破岩深度的理论模型研究与室内试验[J]. 王方祥,王瑞和,周卫东,李罗鹏.  石油钻探技术. 2016(06)
[8]花岗斑岩Holmquist-Johnson-Cook本构模型参数研究[J]. 闻磊,李夕兵,吴秋红,苏伟.  计算力学学报. 2016(05)
[9]三维动静组合加载下岩石的破坏形态及力学性能研究[J]. 牛勇,李克钢,李祥龙.  昆明理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[10]静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤本构模型研究[J]. 何聪,金解放,周学进,程昀,昌晓旭,袁伟.  有色金属科学与工程. 2016(04)

博士论文
[1]脆性岩石强度与变形特性研究[D]. 彭俊.武汉大学 2015
[2]静载荷与循环冲击组合作用下岩石动态力学特性研究[D]. 金解放.中南大学 2012
[3]基于有限元方法的大坝变形分析与仿真研究[D]. 王小敏.武汉大学 2010
[4]高速碰撞中的SPH方法及其应用研究[D]. 卞梁.中国科学技术大学 2009
[5]磨料水射流结构特性与破岩机理研究[D]. 王明波.中国石油大学 2007

硕士论文
[1]粒子射流冲击破岩实验研究[D]. 李洋.东北石油大学 2016
[2]粒子射流冲击钻井破岩装置喷嘴研究[D]. 马若虚.东北石油大学 2015
[3]基于SPH-FEM耦合方法的微细铣削仿真与试验研究[D]. 吴文峰.南京航空航天大学 2013
[4]粒子冲击钻井破岩规律研究[D]. 赵红香.中国石油大学 2010
[5]复杂结构的冲击动力学分析与仿真[D]. 李艳敏.西北工业大学 2005



本文编号：3627622