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水力噴砂切割巖石
來源: 時間:2022-03-02 瀏覽:9624
水力噴砂切割穿透套管后即直接沖蝕水泥環和近井地層石。水力噴砂對巖石這種脆性材料的沖蝕機理遠對套管這種延性材料復雜得多

某些研究已經揭示了磨料沖擊脆性材料的破壞形式是產生赫茲錐狀裂紋 、徑向裂紋和橫向裂紋的形式,沖擊初期,強大的沖擊載荷產生的拉應力將首先在巖石表面引起環狀的赫茲錐形裂紋。然后,隨著接觸力的增加,砂粒沖擊的正下方將產生塑性變形,切向應力分量引起一系列垂直于沖擊表面的徑向裂紋,在沖擊的后期,砂粒開始卸載并離開巖石時,殘余應力會形成一系列近似平行沖擊表面的橫向裂紋。這些橫向裂紋延伸到巖石表面,引起破碎屑或稱破碎坑,在中等壓力(50MPa)下,砂粒的沖擊速度將大大超過使巖石破碎的極限速度,因而可有效切割和破碎巖石。在砂粒沖擊巖石產生裂紋的同時,水流在水楔壓力作用下擠入裂紋,起到延伸和擴展裂紋的附加作用,從而增強沖蝕破碎能力。

影響水力噴砂射孔切割破碎巖石的因素主要有:流體參數、工作參數、磨料特性和巖石特性。


液體參數的影響受壓力(或噴射速度)和噴嘴直徑控制,切割巖石深度隨壓力的增加近似線性增加,存在一個臨界門限壓力,低于門限壓力就不能再切割巖石,較大噴嘴直徑能增加切割深度,因為磨料射流的有效速度增加。

工作參數的影響表現為沖擊角度及供砂量的影響,最佳沖擊角度可取80°,盡可能減少切割面的彎曲,增加垂直作用咋深度方向上的分力。應根據最大切割深度、磨嘴磨損、成本等綜合考慮合適的供砂速率,以體積濃度在5%~10%為宜。

磨料特性參數的影響主要體現在對砂粒硬度、粒度、類型、圓度等的影響。硬度的影響是指磨粒抵抗因沖蝕力而破碎的能力,基本要求是磨粒的“硬度”應高于切割巖石的硬度。磨粒的粒度應以中等粒度(0.4~0.8mm)為好。對于大多數磨料,有銳角的顆粒切割效果比球狀顆粒好,而對于石英砂,球狀顆粒反而切深大,抗拉強度、斷裂韌性、楊氏模量對水力噴砂切割深度的影響最明顯,相反,對純水射流切割影響較大的延時參數,如滲透率和粒徑等對噴砂切割影響不明顯。

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