基于离散元方法的PDC钻头切削齿破岩机理数值模拟

刘彪^1,2，吴杰³，张俊^1,2，石祥超³，李双贵^1,2

1. 中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院2. 中国石化缝洞型油藏提高采收率重点实验室3. 西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室

摘 要：工具破岩机理研究对于石油钻探、煤炭和矿物开采、隧道和地下硐室建造等工程领域具有重要意义。切削工具的结构参数及真实物理环境对破岩效果影响显著。采用离散元方法模拟PDC齿在不同切削速度、切削角度、切削深度以及围压参数下的切削破岩效果,得出PDC齿受到的切削力及岩石裂纹发育情况的变化规律。研究结果表明:在PDC钻头切削岩石过程中,切削力随切削速度和切削深度的增加呈近似线性增加,切削角度为10°时其切削力最小,围压会显著增强岩石的强度和塑性,从而影响PDC切削齿的破岩效果。

关键词：PDC钻头;离散元;数值模拟;破岩过程;