| 锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究 |
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| 引用本文： | 熊超,黄中伟,王立超,史怀忠,赫文豪,陈振良,李根生.锥形聚晶金刚石复合片齿破岩特征与机制研究[J].岩土力学,2023(8):2432-2444. |
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| 作者姓名： | 熊超 黄中伟 王立超 史怀忠 赫文豪 陈振良 李根生 |
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| 作者单位： | 1.中国石油大学(北京)机械与储运工程学院102249;2.中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室102249;3.中国石油国际勘探开发有限公司102249; |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金项目(No.U19B6003-05)；国家重点研发计划项目(No.2019YFA0708302)；中国石油大学(北京)科研基金(No.2462023SZBH003)；北京高校卓越青年科学家计划项目(No.BJJWZYJH01201911414038)。 |
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| 摘 要： | 锥形聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond compact,PDC)齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿，在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制，开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究，分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律，采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程，通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性，结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析，建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明，锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段，前倾角对岩石破碎过程影响较小，切削深度的影响显著；锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成，纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍；齿尖周围压应力集中，岩石发生压剪破坏，压应力区外围形成弧形条带状拉应力区，并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹；微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹，发生块体岩屑崩裂，提高破岩效率，向岩石内部扩展劣化...
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| 关 键 词： | 锥形PDC齿 花岗岩 破岩过程 破岩机制 |
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