復(fù)合沖擊鉆井技術(shù)是繼扭轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的新的針對(duì)硬地層的提速技術(shù),但其破巖提速機(jī)制及其相對(duì)于扭轉(zhuǎn)沖擊技術(shù)的區(qū)別還不夠清晰,使在實(shí)際鉆井中對(duì)于這兩種鉆井技術(shù)的選擇沒(méi)有依據(jù)。針對(duì)此問(wèn)題,在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上基于有限元方法建立單齒復(fù)合沖擊切削巖石(硬巖和軟巖)的擬三維數(shù)值仿真模型,研究復(fù)合沖擊作用下鉆齒切削巖石過(guò)程中巖屑形成及破巖比功等,并與扭轉(zhuǎn)沖擊切削做相應(yīng)對(duì)比分析。結(jié)果表明:針對(duì)硬巖(雅安花崗巖),當(dāng)切削深度較小(小于0.6 mm)時(shí),復(fù)合沖擊切削破巖效率最高;當(dāng)切削深度適中(0.6～1.2 mm)時(shí),扭轉(zhuǎn)沖擊切削破巖效率最高;當(dāng)切削深度較大(大于1.2 mm)時(shí),扭轉(zhuǎn)沖擊和復(fù)合沖擊相對(duì)于常規(guī)切削破巖幾乎沒(méi)有提速效果;在軟地層(南充砂巖)中復(fù)合沖擊和扭轉(zhuǎn)沖擊切削幾乎沒(méi)有提速效果。

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【部分圖文】：

圖1巖石切削破巖數(shù)值仿真模型

復(fù)合沖擊切削破巖是在扭轉(zhuǎn)沖擊切削破巖的基礎(chǔ)上再施加一個(gè)軸向方向的高頻沖擊。在之前研究的基礎(chǔ)上[13-15]建立單齒復(fù)合沖擊切削破巖的數(shù)值仿真模型,如圖1所示。巖石模型長(zhǎng)40mm,高20mm,網(wǎng)格類型采用四面體類型,即C3D6。巖石模型左右兩個(gè)面在x方向被約束,下表面在y方向被....

圖2復(fù)合沖擊不同切削深度下巖石的破碎情況(雅安花崗巖)

復(fù)合沖擊切削在不同切削深度下巖石的損傷和巖屑生成情況如圖3所示。其中紅色區(qū)域?yàn)閹r石損傷值為1的情況,表示巖石單元在鉆齒的切削作用下剛度完全退化。由圖3可知,當(dāng)切削深度為0.2和0.5mm時(shí),幾乎沒(méi)有塊狀巖屑生成,巖石與切削齒接觸的區(qū)域剛度完全退化,呈現(xiàn)塑性破碎。當(dāng)切削深度為0.....

圖3不同切削深度下巖石的損傷和巖屑的生成情況(雅安花崗巖)

圖2復(fù)合沖擊不同切削深度下巖石的破碎情況(雅安花崗巖)復(fù)合沖擊破巖下,不同切削深度切削力隨切削時(shí)間的變化如圖4所示。切削力隨切削時(shí)間呈現(xiàn)連續(xù)波動(dòng)狀態(tài),切削力峰值對(duì)應(yīng)切削齒吃入巖石、巖石吸收切削功的過(guò)程,切削力谷值對(duì)應(yīng)巖屑形成并脫離巖石本體的過(guò)程,切削深度越小切削力的波動(dòng)幅值越小....

圖4不同切削深度對(duì)應(yīng)的切削力隨時(shí)間的變化規(guī)律

復(fù)合沖擊破巖下,不同切削深度切削力隨切削時(shí)間的變化如圖4所示。切削力隨切削時(shí)間呈現(xiàn)連續(xù)波動(dòng)狀態(tài),切削力峰值對(duì)應(yīng)切削齒吃入巖石、巖石吸收切削功的過(guò)程,切削力谷值對(duì)應(yīng)巖屑形成并脫離巖石本體的過(guò)程,切削深度越小切削力的波動(dòng)幅值越小。不同切削深度下扭沖破巖和復(fù)合沖擊破巖切削力平均值對(duì)比如....

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