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题名基于HJC模型的旋冲钻井PDC钻头破岩机理研究
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作者
王鸿远
纪照生
苏前荣
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机构
中石化中原石油工程有限公司
中石化中原石油工程有限公司塔里木分公司
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出处
《石油钻探技术》
北大核心
2025年第5期86-95,共10页
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基金
中国博士后科学基金特别资助(站前)项目“高压喷射联合机械冲击辅助钻头干热岩破碎机理研究”(编号:2021TQ0365)。
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文摘
旋冲钻井技术是一种针对深层硬岩的高效破岩方法,但现场应用过程中存在提速效果不稳定、冲击参数与地层匹配性差等问题。针对该问题,利用四川盆地须二段、栖霞组、茅口组和龙马溪组的岩样进行了抗拉试验、单轴及三轴压缩试验、Hopkinson压杆冲击试验,确定了HJC(Holmquist−Johnson−Cook)本构模型参数,通过PDC单齿落锤冲击试验验证了模型参数的正确性。基于四川盆地地层的本构模型参数,建立了全尺寸钻头旋冲钻进数值模拟模型,分析了旋冲钻井破岩过程中轴向冲击参数和岩石力学参数对旋冲钻进效果的影响规律。研究结果表明:建立的模型能够模拟旋冲钻井过程,当其他参数均相同时,轴向冲击波为矩形波时的钻进速度和效率最高,为锯齿波和正弦波时的破岩效果次之;旋冲钻进的速度和效率受轴向冲击频率和冲击幅度的影响较大,冲击频率存在最优值,在一定程度上提高冲击幅度有利于提高钻进速度和效率;四川盆地须二段等4个关键层位岩石的最优冲击频率为10~18 Hz,其与岩石的脆性指数呈线性负相关。四川盆地关键层位HJC模型参数确定方法及结果可为后续研究提供参考,模型数值分析结果可为四川盆地旋冲钻井工具参数的选取提供理论依据。
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关键词
旋冲钻井
HJC模型
全尺寸钻头破岩模型
最优冲击参数
四川盆地
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Keywords
rotary percussive drilling
HJC model
full-size drill bit rock-breaking model
optimal percussive parameters
Sichuan Basin
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分类号
TE242
[石油与天然气工程—油气井工程]
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