大家好！今天给大家分享来自TOP期刊《 Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》的文章，大家快来学习一下吧。
Numerical investigation of wellbore damage due to drill string lateral vibration
1. 主要摘要
在钻井过程中，钻柱的振动会在井壁上施加循环载荷，这种载荷会导致岩石疲劳并可能引发井眼失稳。本文通过数值模拟，开发了基于弹塑性本构模型与损伤力学耦合的模型，模拟钻柱横向振动下的井壁损伤情况。模拟结果表明，循环载荷下的塑性应变显著增加，屈服区半径扩大，促使井壁失稳。本研究提出的模型可用于评估钻柱振动引起的井眼稳定性问题。
2. 引言
井眼失稳是石油行业中的主要问题，尤其在钻井过程中更为常见。井眼失稳的原因可以分为客观和主观因素。客观因素与岩石类型、力学特性和地应力条件等相关，主观因素则与钻井活动相关，如钻柱对井壁的冲击载荷。当前的研究大多集中于物理化学相互作用对井眼稳定性的影响，较少探讨钻柱撞击井壁的情况。为此，本文通过数值模型分析钻柱振动对井壁的影响，研究了岩石在循环载荷下的疲劳破坏过程。
3. 主要内容
1.岩石的弹塑性本构模型：本文采用了Drucker-Prager弹塑性模型来描述岩石的塑性行为，该模型适合压力敏感材料，如岩石。Drucker-Prager模型具有光滑的屈服面，适合数值计算。相比之下，Mohr-Coulomb模型虽更常用于岩土工程，但由于其屈服面的尖点使得数值实现复杂。本文使用非关联流动法则来描述岩石的塑性流动。
2.损伤模型：本研究引入了损伤力学模型，以模拟岩石在循环载荷下的强度退化过程。该模型通过耦合弹塑性方程，可以更准确地描述岩石的疲劳破坏。模型参数包括循环次数和疲劳破坏的临界值，能够捕捉岩石在多次冲击下的累积损伤效应。
3.数值模型的验证：为了验证模型的准确性，本文借鉴了Zhu和Liu（2013）的实验数据，模拟钢球撞击井壁的过程。通过数值模拟复现实验中残余速度的变化，成功预测了井壁的破碎情况。模型的结果与实验数据具有较高的一致性。
4.钻柱振动引起的井眼失稳分析：本文构建了一个二维平面应变有限元模型，模拟钻柱对井壁的反复冲击。研究结果表明，随着冲击次数的增加，井壁周围的塑性应变显著增加，屈服区范围扩大，导致井眼失稳。该数值模型成功揭示了钻柱振动下井眼损伤的发展机制。
4. 主要结论
本文开发的数值模型能够有效模拟钻柱横向振动引发的井眼损伤和岩石疲劳破坏。研究表明，循环载荷促使井壁周围的塑性应变累积并加速失稳的发生。该模型为井眼稳定性分析提供了新的工具，能够帮助工程师预测和防止钻井作业中的井眼失稳问题。
5. 主要结果图
6. 参考文献
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟分析水力压裂工程中的两相流动问题
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一区TOP期刊《Fuel 》— 逆问题在COMSOL 中的实现方法
一区TOP期刊《Energy》—中央分级旋流燃烧器中一氧化碳（CO）形成特性的数值研究
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一区TOP期刊《Energy》—ANSYS与COMSOL电磁-热耦合模型对比分析
一区TOP期刊《Computers and Geotechnics》— 三维耦合MPM模拟隧道面在水力-机械作用下的坍塌机制
一区TOP期刊《Energy》— COMSOL模拟考虑沉积压缩效应的天然气水合物降压开采储层物理和力学特性的演变
一区TOP期刊《Energy》— VOF-DEM耦合模拟气-液-固多相流混合过程中的传质
一区TOP期刊《Energy》— CFD-DEM模拟颗粒在页岩孔隙中堵塞问题
一区TOP期刊《Energy》— 高剪切流动的 CFD-DEM 数值模拟方法
一区TOP期刊《Energy》— 超临界 CO2热泵系统扁管气体冷却器结构分析与优化
