钻进过程岩石破坏面的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种钻进过程岩石破坏面的确定方法，步骤包括：1)模拟假设并确定钻井力模型，确定模型中各分量之间的关系；2)计算岩石结构发生塑性破坏的最大剪应力；3)根据最大剪应力准则，破坏面形状与步骤2)中确定的剪切区的最大剪应力τ

【技术实现步骤摘要】
钻进过程岩石破坏面的确定方法


[0001]本专利技术属于地下空间与隧道工程
，涉及一种钻进过程岩石破坏面的确定方法。

技术介绍

[0002]岩数字化钻井技术已经成为现场评价岩石性质的有效手段，这种随钻测量(MWD)方法对于提高钻井效率和减少刀具磨损具有实际意义。在钻井过程中，机械钻速(ROP)是表征钻井效率的一个重要指标，钻压(钻头重量)和转速(每分钟旋转)的有效组合是提高机械钻速的关键，此外，随着钻孔深度的增加，围压对机械钻速有负面影响，这与刀具磨损有关，因此，了解刀具在约束条件下的破岩行为对减少刀具磨损至关重要。事实上，岩石特性和所需切削力之间存在定量关系，这与钻头的形状和材料有关，为了优化钻削效率，需要阐明刀具磨损和地应力的综合作用对切削力的影响。
[0003]在钻井过程中，钻机提供的推力(法向)和切削力(切向)协同作用破坏岩石。当在粗糙岩石中钻孔时，与磨料矿物的摩擦导致金刚石切割机以划痕的形式进行机械磨损。为了与岩石有足够的接触，附加力集中在最初的划痕位置以破坏岩石，这就产生了强烈的应力集中，加速了刀具的摩擦磨损。磨损平坦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钻进过程岩石破坏面的确定方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、模拟假设并确定钻井力模型，确定模型中各分量之间的关系；步骤2、计算岩石结构发生塑性破坏的最大剪应力；步骤3、根据最大剪应力准则，破坏面形状与步骤2中确定的剪切区的最大剪应力τ
max
有关，以此对破坏面进行预测；步骤4、根据最大剪应力准则，采用迭代法求解作用在切割面上的力，输入钻井基本参数确定破坏面的函数，定量呈现破坏面形态。2.根据权利要求1所述的钻进过程岩石破坏面的确定方法，其特征在于：步骤1的具体过程是，设推力为F
n
、力矩为F
t
、隙压力为p
p
、地应力为p
h
、静水压力为p
d
、正应力为N、剪应力为S，在钻井过程中，摩擦力在磨损平面上的切向分量和法向分量分别表示为F
fs
和F
fn
，刀具的参数包括切割深度d、倾角α、磨损角β、刀具宽度l，楔形体的应力分布表达式是：数包括切割深度d、倾角α、磨损角β、刀具宽度l，楔形体的应力分布表达式是：其中，γ为岩石楔体的顶角，θ为楔体的x轴与荷载P之间的夹角，θ符号为正，顺时针方向的符号τ为正；A为岩石
‑
钻头接触面积，计算式为A＝ldcosα；A
f
为磨损区域面积，计算式为A
f
＝ldcosαsinβ；倾角α被固定为5
°
，磨损角β与磨损机械力有关，在钻孔过程中，摩擦力被视为刀具磨损的主要原因，β的范围是0～15
°
，β'被视为钻头的运动变量函数，关系式为：其中，v和w分别表示钻头的轴向速度和切向速度。3.根据权利要求2所述的钻进过程岩石破坏面的确定方法，其特征在于：步骤2的具体过程是，假设压碎区处于一种压缩应力状态下，剪切区的状态满足γ＝π和的受力条件，通过以下受力分析，则压碎区的正应力σ0与剪应力τ0有以下关系：S＝σ0+τ0tanα
ꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：何明明，袁卓亚，张永浩，赵建斌，罗波，马旭东，王滈藤，郝威，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：