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更新時間：2025.06.07
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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通過建立牙齒的簡化破碎坑模型和牙齒微面上的受力模型來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)場鉆井?dāng)?shù)據(jù),采用誤差梯度下降算法結(jié)合計算機(jī)仿真技術(shù)來反演這2個模型的參數(shù)值,并使用反演得到的參數(shù)值,進(jìn)行鉆進(jìn)過程的計算機(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,可以通過相對簡單的模型求得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

基于巖石性能試驗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,易出現(xiàn)鉆齒脫落、折斷以及磨損嚴(yán)重等失效問題。針對該問題,應(yīng)用巖石力學(xué)試驗機(jī)和SHPB試驗裝置,開展了花崗巖動態(tài)劈裂拉伸、單軸壓縮和圍壓下的壓縮性試驗,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動態(tài)本構(gòu)模型,結(jié)合試驗結(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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