شبیه سازی عددی اثر تنش های برجا برروی انرژی ویژه تیغه PDC با استفاده از روش المان مجزا

در حفاری چاه های نفت و گاز، یکی از عوامل موثر و تاثیرگذار در نرخ نفوذ حفاری و مقدار انرژی ویژه (انرژی مورد نیاز برای حذف حجم واحدی از سنگ)، فشار محصورکننده یا به عبارتی دیگر فشار ته چال است. عملیات برش سنگ ترکیبی از دو حالت شکست شکننده و تغییر شکل پذیر است. هر کدام از این حالات شکست، تاثیر متفاوتی برروی انرژی ویژه و ساختار مواد خرد شده و در نتیجه نرخ نفوذ حفاری دارد. در این مقاله جهت درک ارتباط بین حالت شکست سنگ و فشار محصورکننده و تاثیر آن برروی انرژی ویژه از روش عددی المان مجزا استفاده شده است. برای این منظور در این تحقیق از نرم افزار عددی کد جریان اجزاء که رفتار مکانیکی مواد دانه ای را با روش المان های مجزا شبیه سازی می کند، استفاده شده است. براساس نتایج به دست آمده در شرایط بدون فشار، نیروی اعمالی از تیغه باعث شکست اتصالات بین دانه ای در یک صفحه ای شکست می شود. اما در شرایط فشار محصورکننده، مکانیزم متفاوتی در حال وقوع است و اختلاف فشار به وجود آمده باعث نگه داشتن مواد خرد شده برروی همدیگر و افزایش انرژی ویژه می شود. همچنین تا فشار حدود MPa 26 با افزایش میزان تنش، انرژی ویژه افزایش نسبتا خطی دارد. اما بعد از این فشار به دلیل افزایش تنش های محصورکننده و شرایط نزدیک به لیتواستاتیک، روند افزایشی انرژی ویژه نسبت به افزایش عمق کاهش می یابد.