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井底岩石的共振响应分析及数值模拟研究

         

摘要

共振钻井是一种新型的钻井提速技术,在钻井过程中,为了达到最优的破岩效果,需要使振动频率与不同状态下岩石的共振频率相匹配,因此研究岩石在井底围压及约束状态下的共振响应特性十分必要.考虑到井底岩石的内部孔隙结构,以及岩石受到的井底围压作用,通过理论分析和数值模拟,获得不同约束下、不同孔隙分布下,岩石的位移响应振幅与冲击力频率的关系,进而得到岩石的共振频率.在模拟条件下,岩石的共振频率不随围压变化,但围压下的共振频率略高于自由状态下的共振频率;当岩石受到径向位移约束时,共振频率变大,且共振频率随岩石泊松比的增大而增大;当岩石内部孔隙沿冲击方向分布均匀时,其共振频率与孔隙度无关;当岩石内部孔隙沿冲击方向分布不均匀时,其共振频率与孔隙分布的不均匀程度相关,不均匀程度越高,共振频率越低.为分析岩石在井底状态下的共振响应特性提供了初步的理论基础,也为共振钻井技术的参数选择提供了依据.

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