钻头平端牙齿侵入岩石破碎机理

平端牙齿侵入岩石过程,能表征大部分钻头磨损后牙齿侵入地层的工作过程,对其破碎机理的认识是钻头设计和破碎效率分析的基础。依据平端牙齿-岩石压入过程岩石内部的应力分布特征,将岩石的破碎过程假设为三个阶段:初始起裂阶段、密实核形成阶段和体积破碎形成阶段,然后运用弹性力学和莫尔强度理论,建立了密实核和体积破碎坑的形成条件和形态参数计算模型,得到了岩石强度、泊松比、内摩擦角及外在条件对破碎过程及破碎坑形态的影响和控制规律。结果表明:产生体积破碎所需要的临界应力随泊松比的增大呈指数形式减小,随内摩擦角的增大呈指数形式增大,破碎坑顶角随泊松比增大线性较小,随摩擦角的增大线性增加。研究成果能够指导钻头破岩效率评价和钻进施工参数优化。