林琦

四川盐业地质钻井大队 四川自贡 643000

旋转冲击钻进是在常规钻具基础上增设冲击装置，将旋转和冲击功能有效结合的一种钻井技术。在钻进过程中，冲击器在钻井液的驱动下不断产生高频冲击力，并施加在钻头上，使钻头在冲击时旋转。冲击器作为一种井底动力机械，通常与钻头顶部或芯管相连。在钻井液或高压气体的作用下，冲击器推动活塞，使液压锤上下运动。钻头在锤击和静压旋转的联合作用下，达到了破岩的目的。

1 旋冲钻孔过程仿真建模

该模型的研究重点在于钻头的冲击频率和旋转速度对破岩效率的影响，所以为了提高计算效率，忽略其他影响较小因素，对仿真模型作以下假设：①不考虑岩石的初始裂纹和孔隙压力的影响，将其视作一种连续的各向同性介质。②球形钻齿比岩石的硬度高得多，将球形钻齿假设为刚体。③岩石单元失效后立即被移除，忽略岩屑的二次破碎对连续钻进的影响。

1.1 有限元模型的建立

本研究运用三维软件SolidWorks分别建立钻头、钻齿、岩石的三维模型，钻头直径420mm，球形钻齿直径16mm，岩石采用600mm×600mm×100mm的长方体。再将其导入LS-DYNA中，然后定义单元类型及材料属性，所有的单元类型都选用8节点3DSOLID单元，采用缺省的常应力单元公式。钻头与钻齿相对于岩石来说较硬，为了便于计算求解可视为刚体[1]。

1.2 接触、加载、约束及求解时间的定义

钻齿与岩石之间采用面对面的侵蚀接触，以关键字*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURF-ACE来定义，用来模拟旋冲钻孔岩石破碎过程；……