水射流破碎油页岩应力波效应的数值模拟  

Stress Wave Effect in Numerical Simulation on the Oil Shale Breaking Under Water Jet

作　　者：王维[1] 陈晨[1] 王馨靓 赵贵杰[1] 纪晓宇[3] 钱方[1] 

机构地区：[1]吉林大学建设工程学院/国土资源部复杂条件钻进技术开放研究实验室,长春130026 [2]大庆油田有限责任公司供水公司,黑龙江大庆163453 [3]中水东北勘测设计研究有限责任公司四平东北岩土工程公司,吉林四平136000

出　　处：《吉林大学学报（地球科学版）》2012年第S3期343-348,共6页Journal of Jilin University：Earth Science Edition

基　　金：国家潜在油气资源(油页岩勘探开发利用)产学研用合作创新研究项目(22109P224424)

摘　　要：应用ANSYS/LS-DYNA软件,采用SPH-FEM方法对水射流破碎油页岩的三维非线性冲击动力学问题进行了模拟研究。以射流速度200 m/s为例,得到了水射流破碎油页岩过程中能量转化关系曲线以及应力波在油页岩表面和内部的传播和衰减规律:射流中心点的应力值总是当射流与油页岩开始接触时达到最大;接触初期油页岩表面及内部应力值波动比较剧烈,但是整体在呈下降趋势;射流速度越大,应力峰值就越大,同时衰减得越厉害;一个应力波周期内,油页岩内部沿射流中心线方向上各点的应力峰值总是大于油页岩表面上等距离各点的应力峰值。针对不同的射流速度,在油页岩表面及油页岩内部沿射流中心线方向共选取5个点,通过模拟获得了这5个点的等效应力值随时间变化的曲线。模拟结果表明:水射流速度越大,对油页岩的冲击作用就越明显,越有利于在射流中心区域形成破碎坑,模拟结果对于了解油页岩的水射流破岩机理具有重要意义。同时利用该方法可以得到不同水射流速度时其油页岩破碎能力,可以为油页岩高压水射流原位破碎时的水力参数优选以及钻头喷嘴设计提供一定的参考依据。应用ANSYS/LS-DYNA软件,采用SPH-FEM方法对水射流破碎油页岩的三维非线性冲击动力学问题进行了模拟研究。以射流速度200 m/s为例,得到了水射流破碎油页岩过程中能量转化关系曲线以及应力波在油页岩表面和内部的传播和衰减规律:射流中心点的应力值总是当射流与油页岩开始接触时达到最大;接触初期油页岩表面及内部应力值波动比较剧烈,但是整体在呈下降趋势;射流速度越大,应力峰值就越大,同时衰减得越厉害;一个应力波周期内,油页岩内部沿射流中心线方向上各点的应力峰值总是大于油页岩表面上等距离各点的应力峰值。针对不同的射流速度,在油页岩表面及油页岩内部沿射流中心线方向共选取5个点,通过模拟获得了这5个点的等效应力值随时间变化的曲线。模拟结果表明:水射流速度越大,对油页岩的冲击作用就越明显,越有利于在射流中心区域形成破碎坑,模拟结果对于了解油页岩的水射流破岩机理具有重要意义。同时利用该方法可以得到不同水射流速度时其油页岩破碎能力,可以为油页岩高压水射流原位破碎时的水力参数优选以及钻头喷嘴设计提供一定的参考依据。

关 键 词：SPH-FEM 油页岩 水射流 应力波效应 

分 类 号：P5[天文地球—地质学]