鄂尔多斯盆地延长组地层PDC钻头钻井破岩数值研究

摘要

针对鄂尔多斯地区浅部地层,通过岩心实验获取力学参数,根据岩石力学D-P准则确定地层本构模型,利用剪切损伤原则确定失效标准.在此基础上,建立了PDC钻头动态破岩的非线性三维有限元模型,开展浅层PDC钻头破岩效率研究,进一步分析钻头破岩过程的响应机理与钻进规律.并对泥岩砂岩进行了破岩仿真,考虑了切向力随时间变化规律.计算结果表明,岩石损伤和应力分布能够反映钻头钻进过程中岩石的动态响应;在其他条件相同时,砂岩层段刀齿受力要高于泥岩层段,刀齿侧向力变化幅度大,在往复受力作用下,切削齿易于产生疲劳破坏甚至崩齿现象.以目标区块的砂岩层段为研究目标,其高效破岩的合理转速为5 r/s,可在较低的能量消耗下提高钻井效率,为现场施工提供理论指导.