粒子冲击高效破碎岩石理论与技术

1 绪论
1．1 研究背景
1．2 国内外研究现状及发展趋势
1．2．1 粒子冲击钻井破岩研究现状
1．2．2 岩石破裂裂纹扩展机制研究现状
1．2．3 粒子冲击钻井钻头发展概述
1．3 技术发展目标与关键内容
1．3．1 技术发展目标
1．3．2 关键内容
2 粒子冲击岩石破裂理论模型
2．1 射流侵彻岩石理论模型
2．1．1 定常侵彻理论
2．1．2 变速射流侵彻理论
2．1．3 考虑靶板强度的准定常侵彻理论
2．1．4 可压缩侵彻理论
2．1．5 钢粒子磨料射流侵彻岩石过程分析
2．2 钢粒子磨料射流压缩波对岩石破裂的作用
2．2．1 钢粒磨料射流冲击频率
2．2．2 压缩波对岩石破裂损伤的作用
2．3 粒子冲击岩石破裂裂纹扩展理论模型
2．3．1 岩石裂纹基本形态
2．3．2 岩石裂纹应力计算模型
2．3．3 岩石裂纹扩展长度计算模型
2．3．4 含裂纹岩石的损伤演化模型
2．4 本章小结
3 粒子冲击岩石破裂数值模拟研究
3．1 单粒子冲击岩石损伤模拟
3．1．1 有限元分析
3．1．2 建立模型与数值分析
3．1．3 不同粒子参数对侵入岩石效果的模拟
3．2 钢粒子磨料射流侵彻岩石破裂过程模拟
3．2．1 光滑粒子流体动力学（SPH）算法
3．2．2 模型建立与模拟结果分析
3．2．3 不同磨料射流参数对岩石损伤模拟
3．3 冲击荷载作用下岩石破裂裂纹扩展数值模拟
3．3．1 建立模型与计算方法
3．3．2 内部裂纹塑性区扩展过程
3．3．3 内部裂纹受力分析
3．3．4 内部裂纹贯通模拟
3．3．5 岩石破裂损伤过程规律小结
3．4 本章小结
4 粒子冲击岩石破裂机制与钻头水力参数优化设计
4．1 粒子冲击钻井岩石破裂机制研究
4．1．1 钢粒子磨料射流冲击岩石破裂的CT扫描试验
4．1．2 粒子冲击岩石破裂机制
4．1．3 粒子冲击钻井钻头设计原理
4．2 钢粒子磨料射流冲击破岩参数优选的试验研究．．-
4．2．1 试验设计与准备
4．2．2 不同射流压力对岩石破碎的影响
4．2．3 不同粒子浓度对岩石破碎的影响
4．2．4 不同冲击时间对岩石破碎的影响
4．2．5 不同喷距对岩石破碎的影响
4．2．6 不同喷嘴直径对岩石破碎的影响
4．2．7 不同喷射角度对岩石破碎的影响
4．2．8 钢粒子磨料射流与水射流破岩效果对比试验
4．2．9 钢粒子磨料射流破岩试验结论
4．3 粒子冲击钻井钻头水力参数与结构优化设计
4．3．1 牙轮钻头水力优化设计
4．3．2 PDC钻头水力优化设计
4．4 本章小结
5 粒子冲击钻井系统研制与试验研究
5．1 粒子冲击钻井注入系统
5．1．1 整体结构设计
5．1．2 机筒设计
5．1．3 旋叶设计
5．1．4 端部结构设计
5．1．5 输送机CAD设计
5．2 粒子冲击钻井回收系统
5．2．1 回收系统方案设计
5．2．2 粒子旋转储罐设计
5．2．3 输送带的设计
5．2．4 射流混浆泵的设计
5．2．5 磁选机的设计
5．2．6 振动筛的设计
5．2．7 泥浆罐与砂泵组的设计
5．3 粒子冲击钻井钻头设计与加工
5．3．1 8—1／2”牙轮钻头设计加工
5．3．28 —1／2”PDC钻头设计加工
5．4 高压钢粒输送机输送试验
5．4．1 试验装置及方法
5．4．2 试验过程及结果分析
5．5 粒子回收系统回收试验
5．5．1 磁选机对纯粒子的分离效率
5．5．2 磁选机、振动筛对粒子与岩屑混合物的分离效率
5．5．3 旋转能性试验
5．6 粒子冲击钻井钻头冲蚀磨损试验
5．6．1 试验内容及目的
5．6．2 试验设备
5．6．3 试验方法步骤
5．6．4 试验结果及分析
5．7 粒子冲击钻井钻头现场先导试验
5．7．1 8—1／2”牙轮钻头现场先导试验
5．7．2 8—1／2”PDC钻头现场先导试验
5．8 本章小结
结论
参考文献
作者简介