基于H-J-C模型的页岩气钻井岩石破碎有限元分析

摘要

钻头破岩石一种包含几何非线性和材料非线性的结构冲击接触问题,该类问题数值模拟的准确性在很大程度上取决于岩石失效模型的选择.本文选取现场页岩岩芯试样,采用室内三轴抗压试验机对不同饱和度工况下的岩石抗拉压强度进行研究,得到任意工况下页岩抗压强度和失效应变.基于此,借助LS-DYNA有限元软件采用岩石失效的H-J-C模型模拟了钻头破碎岩石的过程.结果表明:对于冲击钻进,随着钻速的增加,页岩储层岩石应力的辐射范围越广,破岩效率增加,钻进效率变快;并建立不同岩石硬度工况下钻头转速和钻速的对应关系,给出不同工况下岩石破碎的最佳转速和钻速,研究该种工况下的岩石的破碎形态,为现场提供一定的参考.