粒子钻井数值模拟与破岩机理研究
本文研究内容主要分为两大部分，含粒子钻井液射流井底流场数值模拟和含初始裂纹岩石破坏过程数值模拟。
含粒子钻井液射流流场分析分为喷射性能分析和入射参数分析两个部分。本文使用ANSYS Workbench14.0建立井底流场模型、并采用离散相方法进行流场的数值模拟。首先通过观察粒子轨迹、速度矢量和压力分布等参数变化，分别针对自然射流区、冲击区、上返区、涡流区和漫流区进行分析;然后通过研究井底流场粒子排出情况、井底压力分布情况和井底流场分布情况，分析并总结小钢珠直径、小钢珠所占体积分数、泵压和围压这四个基本参数变化对粒子钻井效果产生的影响;最后对井底流场模型进行适当的修改，通过对井底流场压力、速度和粒子轨迹等参数的研究，分析钻头转速对射流性能的影响，进而优化目标钻进参数。
对含初始裂纹岩石破坏过程数值模拟是使用ABAQUS非线性有限元软件进行数值模拟的。通过模拟XFEM裂纹随着时间变化而发生破坏的过程，发现岩石模型在压缩载荷作用下主要破坏形式是裂纹沿竖直方向开裂;通过岩石不同时刻最大主应力的对比，进一步得到30°初始裂纹在轴向载荷作用下最容易破坏的结论，且30°和45°裂纹附近区域在裂纹破坏前后时刻应力增长速度都很快，而0°裂纹在破坏前应力增长速度较快，但在破坏后应力增长速度减缓直至平稳，而90°裂纹与其他几种模型正好相反。最终通过裂纹扩展有限元分析进一步了解含初始裂纹岩石的破坏方式。
粒子钻井;流场分析;钻进参数;裂纹扩展;数值模拟;破岩机理
北京化工大学
硕士
化工过程机械
颜廷俊
2013
中文
TE248;TE21
97
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）