赵 健，张贵才，徐依吉，周 毅，王瑞英，邢雪阳，李建波

(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东 青岛 266580；2.中国石油大学(华东)科学技术研究院，山东 东营 257061；3.中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司，天津 300450)

基于SPH方法粒子射流破岩数值模拟与实验研究*

赵 健1,2，张贵才1,2，徐依吉1，周 毅1，王瑞英1，邢雪阳1，李建波3

(1.中国石油大学(华东)石油工程学院,山东 青岛 266580；2.中国石油大学(华东)科学技术研究院，山东 东营 257061；3.中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司，天津 300450)

钻井液中加入体积分数为1%～3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石，实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩，有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件，基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法，考虑流体对粒子射流冲击的影响，建立了粒子射流冲击破岩的物理模型，获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律，进行了室内实验验证，验证了SPH方法的有效性。结果表明：粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑；同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2～4倍；随着粒子射流冲蚀时间的增加，粒子射流破岩体积不断增加，但破岩效率降低；粒子射流压力大于10 MPa后，粒子射流破岩效率迅速增大；喷射角度大于6°后，破岩效率迅速减小。

粒子射流；冲击破岩；SPH方法；室内实验

粒子冲击钻井技术可以有效提高深井硬地层钻井速度，通过井下钻头喷嘴喷出的高频、高速钢质粒子冲击岩石，粒子冲击时间极短，接触面积极小，产生的瞬时接触应力极大，改变了常规钻头的破岩方式，极大提高了能量利用率[1-4]。……