考虑岩石疲劳损伤的空气冲旋钻井破岩数值模拟研究

摘要：

以川东北PGP-X井为研究对象,对2 140～4 914 m地层进行分段采样,运用静态试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对采样岩石进行动、静态力学性能室内试验.利用LS-DYNA建立空气冲旋钻井活塞-钻头-岩石相互作用系统模型,仿真模型中岩石采用H-J-C动态本构,为考虑冲击载荷往复加载对岩石造成的损伤积累,在每次冲击后,对井底岩石进行强度修正.在此基础上,研究PGP-X井钻井参量及空气锤结构参量与冲击功及破岩比功的关系,探索冲击功、冲击末速度、钻压、冲击频率、转速、井深及岩性对破岩能效的影响.分析发现冲击功-破岩比功曲线具有界限明显的波动区与稳定区,由此得到空气冲旋钻井的临界冲击功及临界钻压；临界冲击功及临界钻压与井深和岩性密切相关,随着井深和岩石硬度增加,临界冲击功和临界钻压都有逐渐减小.通过以上研究,推荐了典型深部地层的临界冲击功、临界钻压、最佳转速与冲击频率组合,这些结果可以作为现场空气冲旋钻井实践的参考.

关键词：岩石力学、空气冲旋钻井、岩石疲劳损伤、岩石动态本构关系、钻井参数、破岩比功

所属期刊栏目：31

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金面上项目50804040;国家自然科学基金重点项目51134004;四川省杰出青年学术技术带头人资助项目2011JQ0020

在线出版日期：2012-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：754-761