基于SPH算法的高压水射流破岩机理数值模拟.pdfVIP

2009年 第 38卷 石 油 矿 场 机 械 第 12期 第 39页 OIL FIELD EQUIPMENT 文 章编 号 ：1001-3482(2009)12-0039-05 基于SPH算法的高压水射流破岩机理数值模拟 宋祖厂 ，陈建民 ，刘 丰 (中国石油大学 (华东)a．机电工程学院；b．石油工程学院；山东 东营 257061) 摘要：应用 ANSYS／LS—DYNA软件 ，采用 SPH 算法模拟 了高压水射流破岩的三维非线性冲击动 力学问题 ，得到了破岩过程 中能量转化关 系和射流冲击力时程 曲线 ，同时也获得 了水射流破碎岩石 的时序演化过程 ，较好地反映了水射流破岩的真 实物理过程 ，证明 了该仿真方法的可行性 ，所得结 论将为水力参数优选以及钻头喷嘴设计提供一定的参考。 关键词 ：高压水射流；破岩机理；SPH 算法；数值模拟 中图分类号 ：TE921 文献标识码：A NumericalSimulationforHigh—PressureWaterJet BreakingRockM echanism BasedonSPH Algorithm SONG Zu—chang 。CHEN Jian—min 。LIU Feng (n．CollegeofMechanicalandElectronicEngineering；b．CollegeofPetroleum Engineering ChinaUniversityofPetroleum，Dongying25706l，China) Abstract：BymeansofANSYS／LS—DYNA software，the3-dnonlinearimpactdynamicsofrock breakingbyhigh—pressurewaterjetwassimulatedusingSPH algorithm．Thetime—historycurves ofenergyconversionandimpactforcewereobtained，andtheprocessofrockbreakingunderwater jetconditionisacquiredsimultaneously，whichagreeswithexperimentalconclusionandfeasibility ofthesimulationmethodwasverified．Thenumericalresultswillbeusedasagoodreferencefor optim izinghydraulicparameteranddesigningnozzleforoilwelldrilling． Keywords：high—pressurewaterjet；rockbreakingmechanism ；SPH algorithm ；numericalsimula， tion 常规旋转钻井 中破岩钻孔主要依靠钻头破岩， 石受冲击时其内部动应力场和应变场等动力特性 ， 井底水射流主要起清洗岩屑和润滑钻头的作用 ，随 所 以其 内在机理和真实物理过程 尚不清晰，这制约 着井深不断增加 ，机械钻速低 已成为影响油 田开发 着水射流破岩理论与技术 的发展 ，因此进行高压水 经济效益的主要因素之一l】J。利用高压水射流直 射流破岩机理及过程的研究显得非常重要 。 接破岩或辅助钻头切削齿破岩已成为提高机械钻速 随着计算机技术的发展 ，运用数值计算方法来 的一种有效途径 ，其破碎岩石实质是水射流与岩石 研究复杂事物的运动变化规律已成为一种重凄的研 相互作用引起岩石损伤破碎 的过程 ，在水射流破岩 究手段 ，为此许 多学者做 了大量的研究 ：【作，倪红 理论研究中，主要有