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更新時(shí)間：2025.04.12
基于鉆井?dāng)?shù)據(jù)反演的牙輪鉆頭與巖石互作用仿真

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通過(guò)建立牙齒的簡(jiǎn)化破碎坑模型和牙齒微面上的受力模型來(lái)模擬牙輪鉆頭與巖石的互作用,由破碎坑半錐角θ和力-壓入系數(shù)k共同反映鉆頭結(jié)構(gòu)、鉆井參數(shù)以及巖石性質(zhì)等因素的綜合影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆井?dāng)?shù)據(jù),采用誤差梯度下降算法結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)反演這2個(gè)模型的參數(shù)值,并使用反演得到的參數(shù)值,進(jìn)行鉆進(jìn)過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真致效,所得鉆頭的仿真鉆進(jìn)曲線和機(jī)械鉆速與實(shí)際鉆井十分吻合。研究結(jié)果表明,基于鉆井?dāng)?shù)據(jù)反演的牙輪鉆頭與巖石互作用仿真方法,可以通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的模型求得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

基于巖石性能試驗(yàn)的沖旋鉆井鉆齒破巖仿真

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利用空氣沖旋鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí),易出現(xiàn)鉆齒脫落、折斷以及磨損嚴(yán)重等失效問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題,應(yīng)用巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)和SHPB試驗(yàn)裝置,開(kāi)展了花崗巖動(dòng)態(tài)劈裂拉伸、單軸壓縮和圍壓下的壓縮性試驗(yàn),為數(shù)值模擬提供了必要的巖石材料模型參數(shù)。數(shù)值模擬選用H-J-C動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果確定了材料模型參數(shù),選擇花崗巖的拉應(yīng)變作為失效準(zhǔn)則。在此基礎(chǔ)上,對(duì)鉆齒的齒形參數(shù)和破巖的鉆齒侵入深度、破碎體積進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究表明,相同工況下錐形中心齒的破巖效率最高,邊齒角度取30°可顯著提高巖石的破碎體積。在此基礎(chǔ)上,對(duì)齒面布齒進(jìn)行選配研究,發(fā)現(xiàn)"中心球形齒+周圍錐形齒"的破巖效率最高,"中心球形齒+周圍球形齒"組合的破巖效率最低。

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