本文選題：沖擊振動　切入點：硬脆性巖石　出處：《東北石油大學》2017年碩士論文

【摘要】：隨著油氣資源勘探開發(fā)的不斷深入,鉆井的難度日漸增加,井深慢慢從淺層向深層甚至超深層延伸,巖石破碎的難度也逐步加大,巖石破碎效率越來越低,鉆井周期不斷加長,鉆井成本不斷提高,急需新的高效破巖技術(shù)來提高破巖效率,提高鉆井速度。因此在各種鉆井技術(shù)中高效鉆井破巖技術(shù)就凸顯了自身的重要性。目前國內(nèi)外學者對沖擊振動鉆井技術(shù)進行了研究,從工程技術(shù)角度揭示了其提高機械鉆速的機理,但振動沖擊作用下的理論機理研究較少,因此,本文在考慮巖石重力的基礎上針對高頻振沖擊鉆頭下巖石振動響應及破碎機理進行研究。基于振動理論,考慮沖擊鉆井的實際情況建立了考慮巖石重力的物理模型,并利用重整化方法求解了數(shù)學模型,分析了巖石在振動沖擊下的響應機制。同時建立了脆性巖石的動態(tài)斷裂模型,建立了巖石振動沖擊下響應與破碎的直接關系,進而通過各參數(shù)的分析比較確定各參數(shù)對巖石破碎鮮果的影響,為現(xiàn)場振動破巖提供理論基礎。取得了以下的研究結(jié)論:(1)考慮巖石重力,將理想巖石假設為多個帶重量的彈簧,建立了巖石振動模型,應用重整化方法求解出了巖石固有頻率的計算模型,進而給出了巖石的振動位移的計算模型。(2)基于巖石的振動位移的計算模型,結(jié)合巖石動態(tài)斷裂準則,給出了巖石裂紋動態(tài)斷裂的極限位移。該極限位移是個范圍,由上下限構(gòu)成,分別表示巖石裂紋在受拉和受壓兩種情況下動態(tài)斷裂時裂紋張開和閉合程度。(3)完成了振動沖擊作用下巖石響應的數(shù)值分析及沖擊振動作用下鉆頭破巖的室內(nèi)實驗研究研究:分析了巖石密度,巖石彈性模量對巖石振動基頻的影響;分析了振動沖擊載荷振幅對沖擊作用下巖石產(chǎn)生的最大位移和最大對等應力的影響;分析了不同沖擊頻率對振動沖擊下巖石產(chǎn)生的最大位移的影響,并與巖石固有頻率值進行比較。(4)巖石的密度、巖石的剛度、鉆頭沖擊力的大小、沖擊的頻率等對鉆頭下巖石振動有影響。巖石的密度越小,剛度越小,鉆頭高頻沖擊的沖擊力越大,巖石的振動幅度越大,振動速度也越快。(5)巖石存在一個固有頻率,其與巖石剛度正相關,與巖石密度負相關。鉆頭高頻振動沖擊頻率越接近巖石的固有頻率,巖石的振動越劇烈。當鉆頭高頻振動頻率和巖石固有頻率相等時,巖石振動幅度和振動速度最大,即達到了共振。本文的研究對振動沖擊鉆井在現(xiàn)場的實施應用具有一定的指導意義和使用價值。
[Abstract]:With the deepening of exploration and development of oil and gas resources, the difficulty of drilling is increasing day by day, the depth of well extends slowly from shallow layer to deep layer or even super deep layer, the difficulty of rock fragmentation is gradually increased, the efficiency of rock fragmentation is becoming lower and lower, and the drilling cycle is increasing. Drilling costs are increasing, and new and efficient rock breaking techniques are urgently needed to improve rock breaking efficiency. Therefore, the high efficiency drilling and rock breaking technology in various drilling technologies has highlighted its own importance. At present, the impact vibration drilling technology has been studied by domestic and foreign scholars. From the point of view of engineering technology, the mechanism of increasing mechanical drilling speed is revealed, but the theoretical mechanism under vibration shock is less studied, so, On the basis of considering rock gravity, this paper studies rock vibration response and breaking mechanism under high frequency vibration impact bit. Based on vibration theory, a physical model considering rock gravity is established considering the actual condition of impact drilling. The mathematical model is solved by renormalization method, and the response mechanism of rock under vibration shock is analyzed. At the same time, the dynamic fracture model of brittle rock is established, and the direct relation between response and breakage under vibration shock of rock is established. Furthermore, through the analysis and comparison of various parameters, the influence of each parameter on the broken fresh fruit of rock is determined, which provides a theoretical basis for rock breaking in situ vibration. The following conclusions are obtained: 1) considering the gravity of the rock, the ideal rock is assumed to be a spring with multiple weights. The rock vibration model is established, and the natural frequency calculation model of rock is solved by using renormalization method. Furthermore, the calculation model of rock vibration displacement is given, which is based on rock vibration displacement and combined with rock dynamic fracture criterion. The limit displacement of dynamic fracture of rock crack is given. The limit displacement is a range and consists of upper and lower limits. The results show that the crack opening and closing degree of rock crack under dynamic fracture under tension and compression respectively has completed the numerical analysis of rock response under vibration shock and the laboratory experiment of bit breaking under shock vibration. Research: the density of rock is analyzed. The influence of elastic modulus of rock on the fundamental frequency of rock vibration and the effect of amplitude of vibration shock load on the maximum displacement and maximum equivalent stress of rock under impact are analyzed. The influence of different impact frequencies on the maximum displacement of rock under vibration shock is analyzed, and the density of rock, the rigidity of rock and the impact force of bit are compared with the natural frequency of rock. The lower the density of rock, the smaller the stiffness, the greater the impact force of high frequency impact, the larger the amplitude of rock vibration and the faster the vibration velocity of rock. It is positively correlated with rock stiffness and negatively correlated with rock density. The higher the impact frequency of the bit is, the more intense the rock vibration is. When the bit high frequency vibration frequency is equal to the rock natural frequency, The vibration amplitude and velocity of rock are the largest, that is to say, resonance is achieved. The research in this paper has certain guiding significance and practical value for the application of vibration impact drilling in the field.
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE21

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 高文學,劉運通,楊軍;脆性巖石沖擊損傷模型研究[J];巖石力學與工程學報;2000年02期

2 肖洪天,周維垣;脆性巖石變形與破壞的細觀力學模型研究[J];巖石力學與工程學報;2001年02期

3 呂力行;壓頭靜侵入脆性巖石引起等效壓桿失穩(wěn)侵入機理[J];湘潭礦業(yè)學院學報;2003年01期

4 謝海峰;饒秋華;謝強;黎縱宇;王志;;脆性巖石高溫剪切(Ⅱ型)斷裂的微觀機理[J];中國有色金屬學報;2008年08期

5 姚贊勛;張漢興;;脆性巖石在單向壓應力作用下的破環(huán)機理[J];武漢鋼鐵學院學報;1982年01期

6 李鵬;饒秋華;李卓;敬靜;;脆性巖石熱-水-力耦合應力強度因子計算(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年02期

7 朱珍德,徐衛(wèi)亞,張愛軍;脆性巖石損傷斷裂機理分析與試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2003年09期

8 陳益峰;李典慶;榮冠;姜清輝;周創(chuàng)兵;;脆性巖石損傷與熱傳導特性的細觀力學模型[J];巖石力學與工程學報;2011年10期

9 史維祥,金國棟;刀具作用下脆性巖石破碎的實驗研究[J];有色金屬;1986年01期

10 張東風;陳星明;肖正學;;脆性巖石中爆炸擴腔作用的數(shù)值模擬及分析[J];爆破;2014年01期

相關會議論文 前10條

1 黃書嶺;丁秀麗;張傳慶;;深部脆性巖石的力學行為與本構(gòu)模型研究[A];中國軟巖工程與深部災害控制研究進展——第四屆深部巖體力學與工程災害控制學術(shù)研討會暨中國礦業(yè)大學（北京）百年校慶學術(shù)會議論文集[C];2009年

2 魯曉兵;矯賓田;王淑云;;飽和脆性巖石在反平面剪切條件下的應變局部化分析[A];第九屆全國巖石動力學學術(shù)會議論文集[C];2005年

3 王士民;朱合華;馮夏庭;;脆性巖石破壞數(shù)值模擬研究的兩個問題[A];第一屆中國水利水電巖土力學與工程學術(shù)討論會論文集（上冊）[C];2006年

4 ;用800kN多功能三軸儀測量脆性巖石的擴容,蠕變及松弛(英文)[A];陳宗基論文選[C];1994年

5 錢今煬;;振動沖擊試驗夾具的設計要求[A];第十八屆中國小電機技術(shù)研討會論文集[C];2013年

6 許錫昌;劉泉聲;;溫度作用下脆性巖石的破壞類型及強度準則[A];新世紀巖石力學與工程的開拓和發(fā)展——中國巖石力學與工程學會第六次學術(shù)大會論文集[C];2000年

7 馮增朝;趙陽升;段康廉;;非均質(zhì)細胞元隨機分布對巖石峰前變形特性的影響[A];巖石力學新進展與西部開發(fā)中的巖土工程問題——中國巖石力學與工程學會第七次學術(shù)大會論文集[C];2002年

8 楊俊英;杜麗芳;王立民;段保謙;;某幾種巖石實驗室內(nèi)變形過程的測定[A];中國地質(zhì)科學院水文地質(zhì)工程地質(zhì)研究所所刊（第1號）[C];1985年

9 胡江春;祝彥知;何滿潮;孫曉明;;深部巖石隱性裂紋的電化學檢測機制[A];中國軟巖工程與深部災害控制研究進展——第四屆深部巖體力學與工程災害控制學術(shù)研討會暨中國礦業(yè)大學（北京）百年校慶學術(shù)會議論文集[C];2009年

10 高紅梅;梁冰;蘭永偉;;高溫下巖石非達西滲流規(guī)律的探討[A];中國力學學會學術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

相關博士學位論文 前10條

1 李曉照;基于細觀力學的脆性巖石漸進及蠕變失效特性研究[D];西安建筑科技大學;2016年

2 張利潔;高應力脆性巖石時滯性破壞特性研究[D];中國地質(zhì)大學;2016年

3 許學良;脆性巖石抗拉特性及其破裂機制的試驗與細觀模擬研究[D];北京科技大學;2017年

4 柴金飛;基于矩張量理論的脆性巖石破裂機理研究[D];北京科技大學;2017年

5 黃書嶺;高應力下脆性巖石的力學模型與工程應用研究[D];中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所）;2008年

6 張勤;脆性巖石熱—力—損傷耦合機理及數(shù)值模擬研究[D];武漢大學;2013年

7 江濤;基于細觀力學的脆性巖石損傷—滲流耦合本構(gòu)模型研究[D];河海大學;2006年

8 張凱;脆性巖石力學模型與流固耦合機理研究[D];中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所）;2010年

9 王煜曦;巖石斷裂表面細觀接觸演化與剪切力學模型研究[D];北京科技大學;2016年

10 李勇成;地下水封油庫巖石變形破壞機制及圍巖穩(wěn)定性研究[D];中國地質(zhì)大學（北京）;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 袁圣渤;硬脆性巖石直接拉伸力學試驗與計算分析研究[D];山東大學;2016年

2 譚厚坤;花崗巖試樣巖爆彈射破壞過程的三維離散元模擬[D];廣西大學;2015年

3 徐云飛;實驗室制備巖石漿體流變本構(gòu)模型研究[D];安徽理工大學;2016年

4 陰紅宇;熱—力耦合作用下硬巖力學行為及巖爆發(fā)生機制研究[D];成都理工大學;2013年

5 王義;基于FLAC3D巖石裂紋擴展實驗與數(shù)值模擬研究[D];東北大學;2014年

6 孫曉婷;鐵磁質(zhì)巖石擠壓破壞過程磁感應強度異常的實驗研究[D];東北大學;2014年

7 白林;巖石Biot系數(shù)試驗分析及二氧化碳地質(zhì)處置工程應用[D];吉林大學;2016年

8 崔晨光;沖擊荷載下巖石非線性變形與損傷研究[D];燕山大學;2016年

9 戴笠;高應力條件下巖石變形全過程統(tǒng)計損傷模擬方法[D];湖南大學;2016年

10 葉金生;巖石統(tǒng)一彈脆性損傷模型及其應用[D];河南理工大學;2014年

，

本文編號：1655550