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题名PDC齿切削砂岩的细观损伤模拟
被引量：2
- 1
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作者
杨宏宇
邓嵘
叶柏良
何香江
黄安龙
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机构
西南石油大学机电工程学院
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出处
《石油机械》
北大核心
2023年第3期1-8,共8页
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基金
国家自然科学基金项目“气体钻井激光-机械复合作用高效破岩机理与试验研究”(51974272)
四川省科技创新苗子工程资助项目“激光-机械协同参数配置研究及复合式高效钻头研发”(2022035)。
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文摘
在岩石切削过程中,刀具的切削参数对岩石的破坏方式和破岩效率有重要影响。为了研究PDC齿在不同切削参数下切削砂岩的细观损伤效果,采用离散单元法建立了PDC齿压入砂岩的数值模型,研究不同切削速度、前倾角及切削深度情况下,砂岩在PDC齿切削过程中的力场分布及裂纹发育情况的变化规律。研究结果表明:在一定范围内增加切削速度、前倾角和切削深度,剪切裂纹提前萌生且其占比增加;前倾角和切削速度对齿尖主裂纹的扩展影响较小,切削深度则对齿尖主裂纹的扩展影响较大;针对研究的砂岩,其临界切削深度为2 mm左右,当切削深度增加时,容易增加PDC齿齿尖产生的裂纹的长度,当裂纹长度达到5 mm及以上时,块体崩碎的频率提高,块体崩碎存在卸载现象。所得结论可为PDC齿的设计及切削参数的选择提供理论支持。
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关键词
PDC齿
岩石切削
裂纹
细观损伤
离散元
数值模拟
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Keywords
PDC cutter
rock cutting
crack
mesoscopic damage
discrete element
numerical simulation
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分类号
TE242
[石油与天然气工程—油气井工程]
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题名钻齿破碎岩石过程红外特征研究
- 2
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作者
邓嵘
叶柏良
杨宏宇
何香江
黄安龙
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机构
西南石油大学机电工程学院
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出处
《地下空间与工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第4期1142-1148,共7页
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基金
国家自然科学基金(51974272)
四川省科技创新苗子工程资助项目(2022035)。
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文摘
由于岩石内部破碎、开裂变形难以直接观测,室内试验很难有效地研究钻齿破岩过程,因此通过红外热像无损检测技术观测钻齿压入岩石时岩石破碎过程。根据岩石破碎红外特征定量确定了不同损伤区域半径的大小;并结合空腔膨胀模型(CEM)理论对不同岩石损伤区域的温升差异进行了解释,认为不同损伤区的温升差异是由不同热耦合机制导致的;岩石的损伤半径、温升大小表明,钻齿对岩石造成的损伤程度与钻齿几何形状有关;球形钻齿在岩石表面造成的损伤范围更大,锥形钻齿在岩石损伤区造成的温升更高;通过岩石破碎体积验证了红外特征划分岩石损伤半径这一方法的可靠性。研究成果为研究钻齿在破碎岩石过程中岩石的破碎和损伤机理提供了帮助。
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关键词
岩石破碎
钻齿
红外成像
损伤半径
空腔膨胀模型
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Keywords
rock crushing
drill tooth
infrared imaging
the damage radius
cavity expansion model
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分类号
TU45
[建筑科学—岩土工程]
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题名PDC齿切削砾岩的细观损伤模拟
被引量：1
- 3
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作者
杨宏宇
邓清源
叶柏良
刘建平
黄安龙
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机构
中国石油塔里木油田公司
西南石油大学机电工程学院钻头研究所
中国石油西南油气田公司勘探开发研究院
四川职业技术学院智能制造学院
重庆铁马工业集团有限公司
武汉三江航天远方科技有限公司
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出处
《石油机械》
北大核心
2024年第1期1-10,共10页
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基金
国家自然科学基金项目“气体钻井激光-机械复合作用高效破岩机理与试验研究”(51974272)
四川省科技创新苗子工程资助项目“激光-机械协同参数配置研究及复合式高效钻头研发”(2022035)。
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文摘
砾岩一般具有孔隙结构复杂、非均匀性严重等特点,PDC钻头钻进砾岩地层时破岩效率普遍较低,室内试验很难有效地研究PDC齿的破岩过程。为此,采用离散元软件PFC2D建立了PDC齿切削砾岩的数值模型,研究不同切削深度、前倾角及岩石非均质度情况下,砾岩的破碎形式和过程,引入破岩比功评价了砾岩切削过程中的破岩效率。研究结果表明:一定范围内增加切削深度,砾岩内部剪切裂纹更快萌生且剪切裂纹占比显著增加,主裂纹沿自由面方向和切削方向绕砾扩展;提高砾岩非均质度,岩石逐渐由塑性破坏转变为脆性破坏,非均质度过高会增加砾岩的整体强度,且使作用在PDC齿上的冲击破坏频率增加,不利于破岩;当PDC齿以1 mm切削深度、5°前倾角切削砾岩时,可获得最高的破岩效率。所得结论可为PDC齿设计及切削参数选择提供理论支持。
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关键词
PDC齿
离散元
砾岩地层
数值模拟
细观损伤
岩石切削
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Keywords
PDC cutter
discrete element
conglomerate
numerical simulation
microscopic damage
rock cutting
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分类号
TE242
[石油与天然气工程—油气井工程]
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题名PDC齿静载压入砾岩的细观损伤模拟
- 4
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作者
邓嵘
杨宏宇
刘建平
叶柏良
何香江
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机构
西南石油大学机电工程学院钻头研究所
中国石油塔里木油田公司
重庆铁马工业集团有限公司
智能制造学院
贵州航天天马机电科技有限公司
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出处
《地下空间与工程学报》
CSCD
北大核心
2023年第6期1828-1840,共13页
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基金
国家自然科学基金项目(51974272)
四川省科技创新苗子工程资助项目(2022035)。
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文摘
由于砾岩一般具有孔隙结构复杂、非均匀性严重等特点,聚晶金刚石复合全钻头(PDC)钻进砾岩地层时破岩效率普遍较低,室内试验很难有效地研究PDC齿破岩过程。采用离散单元法(DEM)建立了PDC齿压入砾岩的数值模型,并通过室内试验验证了数值模型的准确性;研究了不同压入位移、前倾角和砾岩非均质度情况下,砾岩的破碎形式和过程。研究表明:一定范围内增加压入位移、非均质度,砾岩内部总裂纹数增加;压入砾石时以拉伸裂纹为主,压入基质时以剪切裂纹为主;增加砾岩非均质度,无论压入砾石还是基质,最大压力值都会提高且砾岩力场分布范围更广,砾石在砾岩中的支撑作用增强。
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关键词
PDC齿
离散元
数值模拟
细观损伤
岩石压入
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Keywords
PDC cutter
discrete element method
numerical simulation
microscopic damage
rock indentation
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分类号
TE242
[石油与天然气工程—油气井工程]
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