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旋转钻井中岩石破碎能耗的分形分析 被引量:29
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作者 闫铁 李玮 +1 位作者 毕雪亮 李士斌 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第A02期3649-3654,共6页
通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析,应用分形岩石力学理论,从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度,建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型,详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破... 通过旋转钻井中破碎岩石的能耗分析,应用分形岩石力学理论,从钻井过程中钻头破碎岩屑的粒度分布、能量耗散等角度,建立旋转钻井中钻头破碎岩石所需能量的分形描述模型,详细分析影响钻头破碎岩石能耗的因素。该模型显示出旋转钻井岩石破碎能耗不仅与钻压、转速等钻井参数关,还与地层岩石破碎体的尺度和粒度分布分形维数等因素有关。应用该模型不仅可以确定钻井过程中破碎岩石所需的能量,还可以反演计算,根据所需岩石的破碎能量优选钻进参数。将所建立的模型进行适当简化,可得到经典岩石破碎比功三大学说表达式,说明该模型具有一定的普遍性。 展开更多
关键词 钻井工程 旋转钻井 岩石破碎 分形维数 能量耗散 破碎比功 钻进参数
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一种基于破碎比功的岩石破碎效率评价新方法 被引量:24
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作者 闫铁 李玮 +1 位作者 毕雪亮 李士斌 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期291-294,共4页
在石油钻井工程中,评价钻进效率差别的方法是利用钻速方程来计算各单因素对钻速的影响,计算工作量大,缺乏综合性。根据岩石破碎的基本理论,对牙轮钻头破碎岩石所消耗的能量进行分析,建立了岩石破碎比功的计算模型,并提出一种基于破碎比... 在石油钻井工程中,评价钻进效率差别的方法是利用钻速方程来计算各单因素对钻速的影响,计算工作量大,缺乏综合性。根据岩石破碎的基本理论,对牙轮钻头破碎岩石所消耗的能量进行分析,建立了岩石破碎比功的计算模型,并提出一种基于破碎比功的岩石破碎效率评价方法。应用所建立的模型和方法,可以有效地分析和确定不同条件下的岩石破碎效率,分析评价不同钻头、不同钻进措施条件下所产生的钻井效果,为钻井工程设计中优选钻头类型、优化钻进参数以及钻井事后效果分析提供了依据。应用该方法所得的计算结果,很好地解释了过平衡钻井和欠平衡钻井条件下同种地层而钻速差异较大的根本原因。 展开更多
关键词 钻井工程 钻进效率 岩石破碎效率 破碎比功 计算模型 评价方法
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基于分形岩石破碎比功方程的钻井优化 被引量:7
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作者 李玮 闫铁 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期693-696,共4页
利用分形岩石破碎比功方程研究了深部地层岩石破碎产物的分形特征对单位进尺成本及钻头优选的影响。以大庆徐家围子火山岩地层钻井数据为基础,将分形岩石破碎比功方程与进尺成本函数结合起来,给出了具有分形参数的进尺成本分析方程,再... 利用分形岩石破碎比功方程研究了深部地层岩石破碎产物的分形特征对单位进尺成本及钻头优选的影响。以大庆徐家围子火山岩地层钻井数据为基础,将分形岩石破碎比功方程与进尺成本函数结合起来,给出了具有分形参数的进尺成本分析方程,再根据岩石破碎比功方程和进尺成本分析方程计算数据,应用层次分析法对大庆徐深使用钻头进行优选。研究结果表明:岩石破碎比功及分形参数对单位进尺成本及钻头选型具有明显影响,深部地层岩屑粒度分布的分形维数越大,进尺成本越大;岩屑最大尺寸越小,进尺成本越小;破碎比功越大,进尺成本越高,钻头使用效果越好。 展开更多
关键词 分形 破碎比功 钻速方程 层次分析 钻头优选
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一种利用岩石强度刻划试验确定岩石PDC钻头可钻性级值的方法 被引量:6
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作者 陈军海 王怡 +2 位作者 韩艳浓 曾义金 孙连环 《中国石油大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期94-99,共6页
基于微钻岩石可钻性试验与岩石强度刻划试验破岩机制一致性,通过开展试验获得两种试验岩石破碎比功的转化关系,结合岩石PDC钻头可钻性级值求取方法,建立利用刻划岩石破碎比功求取岩石PDC钻头可钻性级值模型,形成一种通过刻划岩心表面得... 基于微钻岩石可钻性试验与岩石强度刻划试验破岩机制一致性,通过开展试验获得两种试验岩石破碎比功的转化关系,结合岩石PDC钻头可钻性级值求取方法,建立利用刻划岩石破碎比功求取岩石PDC钻头可钻性级值模型,形成一种通过刻划岩心表面得到岩石PDC钻头可钻性级值剖面的方法。结果表明,该方法不但与微钻可钻性试验结果具有很好的一致性,还充分表征了矿物组分、胶结强度、微观结构等复杂因素变化对岩石PDC钻头可钻性级值的影响,且不破坏岩心的整体结构,提高了岩心的利用率,推广应用价值高。 展开更多
关键词 刻划试验 PDC钻头 破碎比功 岩石可钻性级值 岩石破碎
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基于钻进参数的煤岩界面识别系统研究 被引量:2
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作者 王杰 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期72-80,共9页
针对底抽巷瓦斯抽采穿层钻孔施工过程中,煤岩界面识别不及时、不准确,缺少相应技术手段的问题,设计开发了一套基于钻进参数(转速、回转扭矩、推进力、推进速度、破碎比功)的煤岩界面识别系统,整套系统由数据感知层、采集层和分析层组成... 针对底抽巷瓦斯抽采穿层钻孔施工过程中,煤岩界面识别不及时、不准确,缺少相应技术手段的问题,设计开发了一套基于钻进参数(转速、回转扭矩、推进力、推进速度、破碎比功)的煤岩界面识别系统,整套系统由数据感知层、采集层和分析层组成。其中,数据感知层和数据采集层合称钻机数据采集系统,可以对钻进参数进行实时采集;数据分析层则采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类算法对带有煤岩分类标记的钻进参数进行数据学习和模型训练,继而对未知的钻进参数进行分类预测,最终实现煤岩界面自动识别。在河南鹤壁中泰矿业的现场应用表明:钻进参数中的回转扭矩、推进速度和破碎比功在煤岩界面处均产生明显的“涨落”,可以作为区分煤层和岩石的3个特征参数;使用线性核函数的支持向量机分类模型可以准确地将两种地层中的钻进参数区分出来,通过对训练集中89个样本数据学习即可在测试集中获得100%的正确率,说明了特征参数和地层信息之间是线性可分的。该系统推广应用不仅可以为煤岩分类识别提供基础数据的获取途径;还可以为穿层钻孔的煤岩界面识别提供一定的科学依据和指导,从而确保钻孔达标,避免抽采空白带的产生。 展开更多
关键词 穿层钻孔 煤岩界面自动识别 钻进参数 破碎比功 数据采集 支持向量机
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基于岩石损伤本构的破碎比功评价模型研究与应用 被引量:5
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作者 蔡灿 伍开松 +2 位作者 袁晓红 吴霁薇 赵攀 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2576-2584,共9页
由于钻头上的牙齿在油气井中是连续破碎岩石的,而传统破碎比功仅能评价牙齿单次加载的破岩效率,不能评价和预测牙齿二次加载及连续加载的破岩效果。基于ANSYS自定义损伤本构的二次开发,建立了试验和仿真的二次破碎比功和总破碎比功模型... 由于钻头上的牙齿在油气井中是连续破碎岩石的,而传统破碎比功仅能评价牙齿单次加载的破岩效率,不能评价和预测牙齿二次加载及连续加载的破岩效果。基于ANSYS自定义损伤本构的二次开发,建立了试验和仿真的二次破碎比功和总破碎比功模型。选用单齿单次压入破岩工况,结合试验和理论计算验证了损伤本构模型和数值仿真方法的正确性,最后利用二次开发的损伤本构模型对单齿一次、二次和连续总的破碎比功进行了分析。结果表明,基于损伤本构的破碎比功评价模型能够准确地预测二次破碎及连续破碎的效果,且随着载荷增加破碎比功缓慢下降,与单齿一次破碎比相比,在同一处的二次破碎及连续两次破碎的破碎比功将分别减小约80%和60%。 展开更多
关键词 岩石破碎 自定义损伤 二次开发 破碎比功 评价模型
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An estimation model for the fragmentation properties of brittle rock block due to the impacts against an obstruction 被引量:3
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作者 HOU Tian-xing XU Qiang +2 位作者 XIE Hong-qiang XU Nu-wen ZHOU Jia-wen 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2017年第6期1161-1173,共13页
Mountain hazards with large masses of rock blocks in motion – such as rock falls, avalanches and landslides – threaten human lives and structures. Dynamic fragmentation is a common phenomenon during the movement pro... Mountain hazards with large masses of rock blocks in motion – such as rock falls, avalanches and landslides – threaten human lives and structures. Dynamic fragmentation is a common phenomenon during the movement process of rock blocks in rock avalanche, due to the high velocity and impacts against obstructions. In view of the energy consumption theory for brittle rock fragmentation proposed by Bond, which relates energy to size reduction, a theoretical model is proposed to estimate the average fragment size for a moving rock block when it impacts against an obstruction. Then, different forms of motion are studied, with various drop heights and slope angles for the moving rock block. The calculated results reveal that the average fragment size decreases as the drop height increases, whether for free-fall or for a sliding or rolling rock block, and the decline in size is rapid for low heights and slow for increasing heights in the corresponding curves. Moreover, the average fragment size also decreases as the slope angle increases for a slidingrock block. In addition, a rolling rock block has a higher degree of fragmentation than a sliding rock block, even for the same slope angle and block volume. Finally, to compare with others' results, the approximate number of fragments is estimated for each calculated example, and the results show that the proposed model is applicable to a relatively isotropic moving rock block. 展开更多
关键词 Rock block Rock fragmentation Rock movement process crushing work ratio Average fragment size
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Energy-limiting factor for coal and gas outburst occurrence in intact coal seam 被引量:3
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作者 Qingyi Tu Yuanping Cheng +2 位作者 Sheng Xue Ting Ren Xiang Cheng 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期729-742,共14页
This research reviewed the mechanics and gas desorption properties of intact coal,and tested the crushing work ratios of different intact coals,and then,studied the stress conditions for the failure or crushing of int... This research reviewed the mechanics and gas desorption properties of intact coal,and tested the crushing work ratios of different intact coals,and then,studied the stress conditions for the failure or crushing of intact coal and the gas demand for the pulverization of intact coal particles.When a real-life outburst case is examined,the required minimum stress for intact coal outburst is estimated.The study concludes that the crushing work ratios of three intact coal samples vary from 294.3732 to 945.8048 J/m^(2).For the real-life case,more than 2300 MJ of transport work is needed,and 10062.09,7046.57 and 5895.47 m^(3) of gas is required when the gas pressure is 1,2 and 3 MPa,respectively.The crushing work exceeds the transport work and even reaches 13.96 times of the transport work.How to provide such an enormous crushing work is an energy-limiting factor for the outburst in intact coal.The strain energy is needed for the crushing work,and the required minimum stress is over 54.35 MPa,even reaching 300.44 MPa.These minimum stresses far exceed the in-situ vertical and horizontal stresses that can be provided at the 300–700 m mining depth range. 展开更多
关键词 Coal and gas outburst Intact coal crushing work ratio Geological factors Outburst energy
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钻探工程中冲击载荷下冲击功和破碎比功理论模型研究
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作者 朱俊霖 叶盛鹏 《世界有色金属》 2017年第6期98-99,共2页
冲击荷载作用下破碎岩石是钻探工程中常用的碎岩方法之一。为了减少坚硬脆性岩层中的钻头磨损和提高冲击碎岩效率,本文针对动载碎岩原理和冲击碎岩效果,开展了其理论模型公式研究和分析。探讨了动静载碎岩效果的区别,详细分析了影响冲... 冲击荷载作用下破碎岩石是钻探工程中常用的碎岩方法之一。为了减少坚硬脆性岩层中的钻头磨损和提高冲击碎岩效率,本文针对动载碎岩原理和冲击碎岩效果,开展了其理论模型公式研究和分析。探讨了动静载碎岩效果的区别,详细分析了影响冲击碎岩效果的因素中的冲击功和破碎比功,基于岩石破碎比功建立了破碎体积的解析计算模型,这一研究的开展对于冲击钻进技术应用质量的提升,起到了有效的促进作用。 展开更多
关键词 冲击载荷 冲击功 破碎比功 破碎体积 解析计算模型
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动、静载岩石破碎比功试验研究 被引量:20
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作者 李国华 陶兴华 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第14期2448-2454,共7页
岩石破碎比功表征钻井中破碎单位体积岩石的功耗量。通过静载和动载条件下岩石表面和钻孔内部破碎比功的试验研究,分析了动、静载破碎比功之间在量与质上的区别和联系,研究了动、静2种载荷单独和联合破岩的异同点及其相互关系,进一步证... 岩石破碎比功表征钻井中破碎单位体积岩石的功耗量。通过静载和动载条件下岩石表面和钻孔内部破碎比功的试验研究,分析了动、静载破碎比功之间在量与质上的区别和联系,研究了动、静2种载荷单独和联合破岩的异同点及其相互关系,进一步证明了2种载荷联合作用——旋冲钻井,是提高硬地层钻井效率的最佳方式之一。研究成果为提高破岩效率研究提供了试验和理论基础。 展开更多
关键词 石油工程 动载 静载 岩石破碎比功 旋冲钻井
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多模谐振腔对赤峰玄武岩微波致裂效果研究 被引量:11
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作者 卢高明 冯夏庭 +2 位作者 李元辉 李世平 苏香馨 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1115-1124,共10页
岩石微波致裂技术被认为是一种非常有潜力的辅助机械破岩技术和深部岩体应力释放技术,对地下工程施工效率和深部工程施工安全具有重要意义。较短时间(几十秒或几分钟)的微波照射就可以使岩石发生致裂,甚至熔融。采用频率2.45 GHz多模谐... 岩石微波致裂技术被认为是一种非常有潜力的辅助机械破岩技术和深部岩体应力释放技术,对地下工程施工效率和深部工程施工安全具有重要意义。较短时间(几十秒或几分钟)的微波照射就可以使岩石发生致裂,甚至熔融。采用频率2.45 GHz多模谐振腔对两种规格的圆柱形玄武岩试样进行了不同功率下的微波照射处理,通过红外热成像仪测量不同时间时试样表面的温度分布,获得微波照射过程中试样的升温特性。通过强度和波速评价岩石的微波致裂效果,通过介电特性和微观特征阐述了微波致裂岩石的机理,并研究了微波照射对岩石普氏坚固性和凿岩比功的影响。结果表明:微波照射过程中,试样表面温度呈区域性不均匀分布状态,试样上某一点的温度与照射时间近似成线性增加关系。强度和波速与微波照射时间近似成线性降低关系。辉石(强微波吸收性矿物)吸收微波后产生大量的热量,橄榄石(强热膨胀性矿物)在高温的作用下产生较强的热膨胀作用,导致该玄武岩具有良好的微波致裂效果。微波照射后,岩石的普氏坚固性和凿岩比功发生了一定程度的降低,且微波功率越高,照射时间越长,普氏坚固性和凿岩比功降低的程度越大。 展开更多
关键词 微波致裂 温度分布 强度折减 介电特性 普氏坚固性 凿岩比功
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基于岩石破碎体积的滚刀效率评估模型 被引量:5
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作者 王述红 王存根 +1 位作者 赵贺兴 昝世明 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期554-557,562,共5页
结合岩石的不同破坏方式,如剪切破坏、张拉破坏、挤压破坏及多种破坏方式混合作用等,探讨了岩石破碎体积的计算方法.根据在滚刀作用下岩石以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出以岩石破坏时裂纹长度、剪切面在岩石自由表面投影长度及滚... 结合岩石的不同破坏方式,如剪切破坏、张拉破坏、挤压破坏及多种破坏方式混合作用等,探讨了岩石破碎体积的计算方法.根据在滚刀作用下岩石以剪切破坏和张拉破坏为主的特性,提出以岩石破坏时裂纹长度、剪切面在岩石自由表面投影长度及滚刀刀刃宽度间的关系来识别岩石破坏方式,计算岩石破碎体积.利用CSM模型计算破岩比能,评估滚刀破岩效率.并通过实例对该方法进行了计算验证,结果表明该方法能够为TBM的性能预测和优化提供一定参考. 展开更多
关键词 破岩比能 CSM模型 岩石破坏方式 岩石破碎体积 滚刀效率
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