發(fā)布時(shí)間：2021-08-08 00:14

　　為研究PDC鉆頭作用下地層斷裂機(jī)理,以單齒切削含有天然裂縫地層為研究對(duì)象,基于彈性力學(xué)理論,建立單齒切削下地層應(yīng)力分布模型,作為裂縫的遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力;結(jié)合切削齒作用力角度和旋轉(zhuǎn)極角,確定作用于裂縫表面的正應(yīng)力和裂縫傾角,以Ⅱ型起裂方式為斷裂模式,給出在兩種裂縫表面正應(yīng)力條件下裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子和起裂角模型;通過(guò)擴(kuò)展有限元數(shù)值模擬,分析單齒切削下裂縫尖端的起裂特征。結(jié)果表明:作用于裂縫的遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力比例因數(shù)隨作用力角度和旋轉(zhuǎn)極角之和呈拋物線形式變化;當(dāng)切削齒作用力方向與地層裂縫方向一致時(shí),裂縫尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子最大;裂縫尖端的起裂角也隨旋轉(zhuǎn)極角變化呈拋物線形式變化。數(shù)值模擬結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果有較好的一致性。 

【文章來(lái)源】：東北石油大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,44(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

單齒切削地層受力示意

單齒切削地層簡(jiǎn)化受力示意

以地層含有一個(gè)裂縫的微元為分析對(duì)象,假設(shè)地層微元含有的閉合裂紋長(zhǎng)度為2a,裂縫與垂直方向的夾角為裂縫傾角β,裂縫尖端的起裂角為θ。建立局部直角坐標(biāo)系,以裂縫中心O為坐標(biāo)系原點(diǎn),裂縫方向?yàn)閤軸,垂直于裂縫方向?yàn)閥軸(見(jiàn)圖3)。此外,旋轉(zhuǎn)極角φ由裂紋所在位置決定,是裂縫與作用力之間的夾角。σ1為裂縫受到的遠(yuǎn)場(chǎng)垂直方向的主應(yīng)力,σ2為水平方向的主應(yīng)力,且λ=σ2/σ1<1。由閉合裂紋受遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力(式(2-4))可知,裂縫受遠(yuǎn)場(chǎng)主應(yīng)力分別為σx和σy,其大小和切削齒作用力角度及旋轉(zhuǎn)極角有關(guān),隨裂縫傾角改變,σx和σy改變,需要根據(jù)α+φ決定作用于裂縫表面的垂直方向主應(yīng)力:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于離散元的巖石單軸壓縮實(shí)驗(yàn)?zāi)M及斷裂特性分析[J]. 李瑋,孟凡海,凌鑫,李思琪,陳子賀.  石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào). 2019(04)
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博士論文
[1]巖石破裂過(guò)程的擴(kuò)展有限元法研究[D]. 師訪.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3328813