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冲旋钻井中钻柱纵向振动模型的建立与求解方法 被引量：5
1
作者 袁光杰 王青华 +2 位作者 姚振强 陈平 黄万志 《石油钻探技术》 CAS 2002年第5期20-22,共3页
根据动力学的基本理论分析认为 ,影响冲旋钻井中钻柱纵向振动的因素主要来自钻头与井底岩石的相互作用和冲击器的冲击作用。据此 ,在适当的简化条件下 ,利用弹性杆理论和单元法建立了在冲击器作用下的钻柱纵向振动的动力学模型 ,并采用... 根据动力学的基本理论分析认为 ,影响冲旋钻井中钻柱纵向振动的因素主要来自钻头与井底岩石的相互作用和冲击器的冲击作用。据此 ,在适当的简化条件下 ,利用弹性杆理论和单元法建立了在冲击器作用下的钻柱纵向振动的动力学模型 ,并采用数值差分法求解了这一模型 ,与旋转钻井情况下的结果进行了比较。为进一步研究钻柱在冲旋钻井中的实际运动规律和动力学性能 ,推广冲旋钻井技术在油气田中的应用奠定了基础。 展开更多
关键词 冲旋钻井 钻柱纵向振动模型 求解方法 石油钻井 建模 冲击钻井 旋转钻井
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基于岩石性能试验的冲旋钻井钻齿破岩仿真 被引量：4
2
作者 张晓东 张毅 +2 位作者 苟如意 何石 王海娟 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期105-110,共6页
利用空气冲旋钻井技术进行钻进时,易出现钻齿脱落、折断以及磨损严重等失效问题。针对该问题,应用岩石力学试验机和SHPB试验装置,开展了花岗岩动态劈裂拉伸、单轴压缩和围压下的压缩性试验,为数值模拟提供了必要的岩石材料模型参数。数... 利用空气冲旋钻井技术进行钻进时,易出现钻齿脱落、折断以及磨损严重等失效问题。针对该问题,应用岩石力学试验机和SHPB试验装置,开展了花岗岩动态劈裂拉伸、单轴压缩和围压下的压缩性试验,为数值模拟提供了必要的岩石材料模型参数。数值模拟选用H-J-C动态本构模型,结合试验结果确定了材料模型参数,选择花岗岩的拉应变作为失效准则。在此基础上,对钻齿的齿形参数和破岩的钻齿侵入深度、破碎体积进行了数值模拟。研究表明,相同工况下锥形中心齿的破岩效率最高,边齿角度取30°可显著提高岩石的破碎体积。在此基础上,对齿面布齿进行选配研究,发现"中心球形齿+周围锥形齿"的破岩效率最高,"中心球形齿+周围球形齿"组合的破岩效率最低。 展开更多
关键词 冲旋钻井 岩石力学 动态本构 钻头牙齿 有限元法 破岩效率
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空气冲旋钻井机械钻速仿真算法 被引量：2
3
作者 林元华 李润方 +2 位作者 施太和 梁政 林腾蛟 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期1-6,共6页
钻井机械钻速预测是难题。以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式。这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差。为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空... 钻井机械钻速预测是难题。以前,研究者们常根据现场数据或试验数据,用统计拟合分析方法得出机械钻速的经验或半经验关系式。这些经验或半经验公式包括一些很难确定的系数准确性和可靠性差。为此,作者结合三牙轮钻头有关的理论,建立了空气冲旋钻井钻头的真实数学模型、真实井底模型和钻头牙齿与井底岩石互作用模型,用计算机仿真方法预测出了空气冲旋钻井机械钻速。使用表明,该模型可靠,计算结果与实际机械钻速基本一致,研究成果可用于冲旋钻头改进、优化设计和钻井参数优选。 展开更多
关键词 空气冲旋钻井 冲旋钻头 机械钻速 仿真 岩石破碎
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冲旋钻井钻头仿真模型的建立研究——评《钻井工程》 被引量：1
4
作者 于金平 邹德永 《机械设计》 CSCD 北大核心 2020年第9期I0008-I0008,共1页
冲旋钻井技术是将传统的旋转钻进和冲击钻进相结合的一种钻井技术,将冲击钻进的单次破岩作用和旋转钻进的连续破岩作用相结合,在钻遇坚硬地层时,以钻速快,钻井成本低、岩屑大、钻压低和井斜程度轻等优点受到油气田的普遍欢迎。不过,目... 冲旋钻井技术是将传统的旋转钻进和冲击钻进相结合的一种钻井技术,将冲击钻进的单次破岩作用和旋转钻进的连续破岩作用相结合,在钻遇坚硬地层时,以钻速快,钻井成本低、岩屑大、钻压低和井斜程度轻等优点受到油气田的普遍欢迎。不过,目前冲旋钻井的钻具和钻井工艺仍存在不足,阻碍了该技术的进一步推广应用,其中一个重要原因是冲旋钻井破岩机理的基础论研究滞后。计算机仿真可以随时连续动态地、重复地显示事物的发展,在某种程度上计算机仿真研究比理论研究对问题的认识更为深切、准确和全面。在20世纪50年代,许多学者用大量的现场和试验数据拟合出包含一些系数的经验公式,但是,这些公式是在做了大量简化、假设的基础上得到的,而且包含一些需要用大量试验测定的系数,其中包括一些很难确定的系数,导致其准确性不高,应用受到局限。因此,有学者提出真实井底模型、钻头真实仿真模型、牙齿与岩石的相互作用模型和钻进过程仿真模型,用计算机仿真方法预测机械钻速。在进行仿真计算时,必须建立钻头真实仿真模型、真实井底模型和钻头牙齿与岩石的相互作用模型。 展开更多
关键词 冲旋钻井 钻井工程 钻头牙齿 机械钻速 钻井工艺 破岩机理 相互作用模型 冲击钻进
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冲旋步进钻井提速方法的井底裂纹拓展特性
5
作者 刘永旺 刘嘉雄 +3 位作者 管志川 王华健 赵国山 张曙辉 《石油机械》 北大核心 2024年第7期45-53,106,共10页
针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题,提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念。为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律,... 针对深部地层井底岩石硬度高、强度大和应力集中现象导致的岩石可钻性差、破岩效率低和使用寿命短的问题,提出旋冲钻井和差压步进破岩方法相结合的冲旋步进钻井提速新理念。为了研究冲击作用下差压步进钻头破碎地层岩石的裂纹拓展规律,采用有限-离散元(FDEM)方法建立了球齿冲击三维薄板模型,开展了球齿在不同冲击能量、冲击位置及岩石种类等条件下的冲击破岩过程模拟,获得了阶梯型井底岩石在冲击作用下的裂纹扩展规律。研究结果表明:由于阶梯面的存在,球齿在冲击作用下对阶梯型井底造成的预损伤区域比常规井底更大,冲击位置靠近阶梯面的裂纹扩展效果更好;双球齿冲击阶梯井底容易形成较大范围的岩石破碎区,降低了破碎阶梯井底地层岩石的难度;球齿冲击过程中对青砂岩造成的预损伤区域比花岗岩大,在冲击能量相同的情况下球齿冲击破碎花岗岩更为困难。利用冲旋步进钻井方法理论上可以进一步提高难钻地层钻井速度,但具体效果需要经现场试验及优化。所得结论可为深部难钻地层钻井速度的提升提供新的思路。 展开更多
关键词 冲旋步进钻井方法 阶梯井底 差压步进钻头 有限-离散元耦合 裂纹扩展
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基于LS-DYNA的冲旋钻头牙齿破岩机理仿真研究 被引量：13
6
作者 黄志强 谭力 +2 位作者 金鑫 李琴 魏振强 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期76-78,共3页
介绍了显式动力学有限元软件LS-DYNA的功能特点,阐述了冲旋钻井中钻头牙齿与岩石相互作用数值研究的模型建立、网格划分、材料定义、接触定义及边界条件等相关问题。利用LS-DYNA对3种不同齿形牙齿在冲击载荷下破碎岩石进行了计算机仿真... 介绍了显式动力学有限元软件LS-DYNA的功能特点,阐述了冲旋钻井中钻头牙齿与岩石相互作用数值研究的模型建立、网格划分、材料定义、接触定义及边界条件等相关问题。利用LS-DYNA对3种不同齿形牙齿在冲击载荷下破碎岩石进行了计算机仿真,描述了牙齿破岩过程,并求出了相应的应力、位移时程关系曲线,得到了3种不同齿形牙齿的破岩机理。经过分析发现,在弹头齿和锥形齿冲击下裂纹首先出现在岩石内部,齿和岩石接触面下端最早出现裂隙,而在球形齿冲击下裂纹首先出现在齿和岩石接触面边缘;3种牙齿齿尖应力波峰值由大到小依次为:弹头齿、锥形齿、球形齿;布齿时锥形齿宜分布在钻头头部端面中心、球形齿分布在边缘,弹头齿或者锥形齿可分布在中心与边缘之间,这样有利于提高钻井破岩效率。 展开更多
关键词 钻井 钻头 LS-DYNA 计算机仿真 冲旋钻井 破岩机理
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冲旋钻头破岩机理仿真研究 被引量：31
7
作者 黄志强 范永涛 +2 位作者 魏振强 谭力 卜燕 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2010年第1期148-150,共3页
介绍了冲旋钻井中冲旋钻头与岩石互作用有限元模型的建立过程,并对冲旋钻头在冲击旋转和单纯冲击载荷作用下的破岩过程进行了计算机仿真研究,描述了冲旋钻头破岩过程,求出了相应的钻头破碎岩石的深度、体积时程关系对比曲线,揭示了冲旋... 介绍了冲旋钻井中冲旋钻头与岩石互作用有限元模型的建立过程,并对冲旋钻头在冲击旋转和单纯冲击载荷作用下的破岩过程进行了计算机仿真研究,描述了冲旋钻头破岩过程,求出了相应的钻头破碎岩石的深度、体积时程关系对比曲线,揭示了冲旋钻头的破岩机理——钻头在冲旋作用下破碎岩石的过程可分为4个阶段、钻头破碎岩石深度主要取决于冲击作用而与旋转作用关系不大、破岩体积在冲旋作用下比单纯冲击载荷作用下要大一倍左右,为冲旋钻头在石油工业中的进一步推广应用提供了理论依据。 展开更多
关键词 计算机仿真 冲旋钻井 冲旋钻头 破岩机理
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潜孔钻头破岩机理仿真研究 被引量：11
8
作者 宋嘉宁 李琴 +2 位作者 谭力 刘成 魏振强 《西南石油大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2007年第S2期113-115,178,共4页
利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学分析软件建立潜孔钻头与岩石的互作用动力学模型,对潜孔钻头的破岩过程进行仿真分析,通过对破岩总体过程、钻头的应力、破碎坑的形状和分布及钻头的位移等四个方面的分析,完整地描述潜孔钻头的破岩机理,认... 利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学分析软件建立潜孔钻头与岩石的互作用动力学模型,对潜孔钻头的破岩过程进行仿真分析,通过对破岩总体过程、钻头的应力、破碎坑的形状和分布及钻头的位移等四个方面的分析,完整地描述潜孔钻头的破岩机理,认为钻头破碎岩石的过程分为三个阶段:中间齿破碎岩石,形成破碎坑阶段;边齿破碎岩石,形成破碎坑阶段;钻头的反弹阶段。在钻头侵入岩石的过程当中,钻头既有轴向的位移,也有横向的位移。破岩过程中,牙齿3峰值最大,最容易发生破坏。 展开更多
关键词 冲旋钻井 潜孔钻头 ANSYS/LS-DYNA 仿真 破岩机理
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单齿冲击作用下破岩机制分析 被引量：21
9
作者 蔡灿 伍开松 +1 位作者 廉栋 袁晓红 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1659-1666,1675,共9页
研究牙齿冲击下破岩机制是提高冲旋破岩效率的理论基础,目前对牙齿低速冲击下的岩石力学研究主要集中在仿真和试验,因此,有必要研究牙齿低速冲击下的破岩机制。首先分析了单齿冲击下岩石破碎坑的形貌,提出了分区建立物理模型和力学模型... 研究牙齿冲击下破岩机制是提高冲旋破岩效率的理论基础,目前对牙齿低速冲击下的岩石力学研究主要集中在仿真和试验,因此,有必要研究牙齿低速冲击下的破岩机制。首先分析了单齿冲击下岩石破碎坑的形貌,提出了分区建立物理模型和力学模型。考虑到单齿冲击的低速条件和岩石围压效应,得到修正的球形空腔膨胀理论,推导了岩石破碎坑的密实区、开裂区、弹性区3个区域的应力与位移解析解。利用Matlab对各区域解析解进行数值求解,得到了围压、质点运动速度以及岩石物理性质参数等对破碎坑各区域无量纲应力和位移变化的影响,采用仿真试验验证结果的正确性。该模型不仅解释了岩石破碎坑的形成,而且也提供了一种分析牙齿冲击破岩力学模型。 展开更多
关键词 冲旋钻井 球形空腔膨胀理论 牙齿 岩石动力学 数值仿真
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