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复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量:
3
1
作者
秦承帅
孙洪斌
+4 位作者
李利平
刘学港
刘知辉
冯春
孙子正
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法...
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
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关键词
破岩
复合冲击
钻
进
pdc钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
下载PDF
职称材料
不同斧型钻齿切削刃角下的破岩方式
被引量:
1
2
作者
李尚劼
赵星
+1 位作者
黄继庆
刘维
《金刚石与磨料磨具工程》
CAS
北大核心
2021年第6期85-90,共6页
为进一步理解斧型PDC钻齿破岩机理,建立PDC钻齿破岩的3D有限元模型,对3种不同切削刃夹角的斧型PDC钻齿破岩方式开展对比研究。结果表明:与150°和165°的钻齿相比,135°的斧型钻齿受到的剪切力和切削力更小,从而具有更高的...
为进一步理解斧型PDC钻齿破岩机理,建立PDC钻齿破岩的3D有限元模型,对3种不同切削刃夹角的斧型PDC钻齿破岩方式开展对比研究。结果表明:与150°和165°的钻齿相比,135°的斧型钻齿受到的剪切力和切削力更小,从而具有更高的破岩效率。在相同的后倾角、相同的切削深度和相同的切削力下,165°斧型钻齿切削力波动较小,稳定性更高。与立式车床上的实验数据相比,仿真结果与实验结果总体趋势一致,误差在可接受范围内。
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关键词
斧型
pdc钻齿
有限元分析
单
齿
切削模拟
实验室立车测试
下载PDF
职称材料
题名
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量:
3
1
作者
秦承帅
孙洪斌
李利平
刘学港
刘知辉
冯春
孙子正
机构
山东大学齐鲁交通学院
山东铁路投资控股集团有限公司
中国科学院力学研究所
山东大学深圳研究院
出处
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
基金
山东铁投集团科研项目(TTKJ2021-06)
深圳市科技计划项目(GJHZ20200731095006019)
+1 种基金
济南重工集团有限公司科研项目(JtZlgh-2020-007)
山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QE021)。
文摘
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
关键词
破岩
复合冲击
钻
进
pdc钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
Keywords
rock breaking
composite impact drilling
pdc
drill bit
rock breaking mechanism
Continuous-Discontinuous Element Method(CDEM)
numerical simulation
分类号
TV554 [水利工程—水利水电工程]
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职称材料
题名
不同斧型钻齿切削刃角下的破岩方式
被引量:
1
2
作者
李尚劼
赵星
黄继庆
刘维
机构
深圳市海明润超硬材料股份有限公司
中国石油集团渤海石油装备制造有限公司
中国石油大学(北京)
出处
《金刚石与磨料磨具工程》
CAS
北大核心
2021年第6期85-90,共6页
基金
页岩油气、致密油气水平井“一趟钻”高端钻头系列化。
文摘
为进一步理解斧型PDC钻齿破岩机理,建立PDC钻齿破岩的3D有限元模型,对3种不同切削刃夹角的斧型PDC钻齿破岩方式开展对比研究。结果表明:与150°和165°的钻齿相比,135°的斧型钻齿受到的剪切力和切削力更小,从而具有更高的破岩效率。在相同的后倾角、相同的切削深度和相同的切削力下,165°斧型钻齿切削力波动较小,稳定性更高。与立式车床上的实验数据相比,仿真结果与实验结果总体趋势一致,误差在可接受范围内。
关键词
斧型
pdc钻齿
有限元分析
单
齿
切削模拟
实验室立车测试
Keywords
axe type
pdc
drill teeth
finite element analysis
simulation of single blade cutting
laboratorial vertial lathe experiment
分类号
TG58 [金属学及工艺—金属切削加工及机床]
TG74 [金属学及工艺—刀具与模具]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
秦承帅
孙洪斌
李利平
刘学港
刘知辉
冯春
孙子正
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
3
下载PDF
职称材料
2
不同斧型钻齿切削刃角下的破岩方式
李尚劼
赵星
黄继庆
刘维
《金刚石与磨料磨具工程》
CAS
北大核心
2021
1
下载PDF
职称材料
已选择
0
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