粒子沖擊破巖規(guī)律的仿真研究及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、堅硬地層的快速鉆進問題一直是鉆井工程中的技術難題。據(jù)資料顯示,石油資源占全國1/3以上的西部地區(qū),有73％的石油資源埋藏在深部地層。隨著鉆井深度的增加,巖石的可鉆性顯著降低,鉆井難度呈指數(shù)形式增加。目前深井、硬地層的勘探開發(fā)己成為油氣田作業(yè)的首要問題。粒子鉆井技術是以粒子破巖為主,機械破巖和水力破巖為輔的一種新型鉆井技術。根據(jù)美國粒子鉆井公司(Particle Drilling Technology Inc.)于2003～2007年的實

2、驗表明,粒子鉆井技術相對于傳統(tǒng)鉆井技術有鉆速快、井斜小、鉆具壽命長等優(yōu)點。由于粒子鉆井是一種新興的鉆井技術,目前對其理論研究的內(nèi)容較少。
　　 本文利用有限元仿真方法對粒子沖擊破巖過程進行了研究。介紹了巖石受沖擊載荷作用的有限元分析理論和相應的數(shù)值模擬方法,運用非線性有限元軟件LS-DYNA,建立球形鋼粒子沖擊巖石的三維實體模型,模擬了粒子沖擊破巖過程。為提高粒子破巖效果和效率,分別研究了巖石能量吸收率和侵蝕體積隨粒子參數(shù)如入射

3、速度、入射角度和粒子直徑的變化規(guī)律,得出了粒子入射速度在120～150m/s、粒子直徑在2.5～4.5 mm和入射角度在0～10°時為宜。為了模擬真實地質(zhì)條件下的粒子破巖過程,利用ANSYS具有的“隱式-顯式”序列求解方法,將圍壓作用簡化為巖石內(nèi)部的預應力效應,分析了巖石在圍壓作用下的沖擊損傷破壞演化過程。研究了有、無圍壓作用對粒子沖擊破巖的影響,進而探討了不同材料模型在模擬粒子破巖過程的差異。為研究鉆井液中粒子的濃度對鉆井效果的影響,