基于单齿破岩有限元模拟的黏滑振动机理研究

油气勘探开发中深部复杂地层具有孔隙压力高、温度高、岩石硬度高、塑性强及可钻性差等特点,给钻井作业带来了诸多困难,为此,进行了钻头齿破岩黏滑振动机理研究.通过单齿切削数值模拟及试验,研究在破岩过程中钻头齿与岩石的作用方式、破碎微观过程,以及在不同钻压及岩性条件下钻齿切深、破岩载荷及破碎效率之间的关系.研究结果表明:在不同模拟条件下,切削载荷波动随钻头齿切削深度的增加而增大,切削深度变化会改变岩石的塑-脆性破坏形式;钻头齿切深突增导致钻柱扭矩不足以克服岩石阻力,钻头转速的低频振动终止,动态平衡打破,从而导致黏滑振动的发生.研究结果可以为提高钻井效率及高效开发深部油气资源提供理论参考.