為研究PDC鉆頭作用下地層斷裂機理,以單齒切削含有天然裂縫地層為研究對象,基于彈性力學(xué)理論,建立單齒切削下地層應(yīng)力分布模型,作為裂縫的遠場應(yīng)力;結(jié)合切削齒作用力角度和旋轉(zhuǎn)極角,確定作用于裂縫表面的正應(yīng)力和裂縫傾角,以Ⅱ型起裂方式為斷裂模式,給出在兩種裂縫表面正應(yīng)力條件下裂縫尖端的應(yīng)力強度因子和起裂角模型;通過擴展有限元數(shù)值模擬,分析單齒切削下裂縫尖端的起裂特征。結(jié)果表明:作用于裂縫的遠場應(yīng)力比例因數(shù)隨作用力角度和旋轉(zhuǎn)極角之和呈拋物線形式變化;當切削齒作用力方向與地層裂縫方向一致時,裂縫尖端的應(yīng)力強度因子最大;裂縫尖端的起裂角也隨旋轉(zhuǎn)極角變化呈拋物線形式變化。數(shù)值模擬結(jié)果與理論計算結(jié)果有較好的一致性。 

【文章來源】：東北石油大學(xué)學(xué)報. 2020,44(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

單齒切削地層受力示意

單齒切削地層簡化受力示意

以地層含有一個裂縫的微元為分析對象,假設(shè)地層微元含有的閉合裂紋長度為2a,裂縫與垂直方向的夾角為裂縫傾角β,裂縫尖端的起裂角為θ。建立局部直角坐標系,以裂縫中心O為坐標系原點,裂縫方向為x軸,垂直于裂縫方向為y軸(見圖3)。此外,旋轉(zhuǎn)極角φ由裂紋所在位置決定,是裂縫與作用力之間的夾角。σ1為裂縫受到的遠場垂直方向的主應(yīng)力,σ2為水平方向的主應(yīng)力,且λ=σ2/σ1<1。由閉合裂紋受遠場應(yīng)力(式(2-4))可知,裂縫受遠場主應(yīng)力分別為σx和σy,其大小和切削齒作用力角度及旋轉(zhuǎn)極角有關(guān),隨裂縫傾角改變,σx和σy改變,需要根據(jù)α+φ決定作用于裂縫表面的垂直方向主應(yīng)力:

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3328813