全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩过程数值模拟

旋转冲击破岩机理作为旋转冲击钻井技术的关键基础问题,始终未能得到很好的解决,限制了旋转冲击钻井技术的推广与应用.为了揭露旋转冲击破岩过程,基于有限元方法,依据旋转冲击破岩试验数据,建立并验证了全尺寸PDC钻头旋转冲击破岩数值模型及模拟方法,利用该模拟方法分析了全尺寸PDC钻头在常规破岩与旋转冲击破岩方式下岩石应力的变化情况.分析结果表明:常规破岩岩石的损伤主要发生在齿底与齿前,旋转冲击破岩岩石的损伤主要发生在齿底、齿前与齿周;在冲击力增大阶段,齿前岩石主要受拉、剪作用;在冲击力衰减阶段,齿前岩石主要受压、剪作用;且不同岩石类型的冲击载荷与冲击频率的最佳组合并不一致.所得结论可为旋转冲击钻井技术的推广提供一定的理论支撑.