شبیه‌سازی عددی اثر زاویه شیب عقب تیغه PDC بر روی مکانیزم شکست سنگ با استفاده از روش المان مجزا

Abstract

در صنعت نفت، عمران و معدن، از انواع مختلف ابزار برش جهت استخراج مواد سنگی استفاده می‌شود. از این‌ رو بررسی عکس العمل ابزار برش با سنگ می‌تواند راهکاری مناسب جهت تحلیل مسایل مرتبط با شکست‌های بوجود آمده در آن در زمان حفاری باشد. یکی از عوامل موثر بر مکانیزم شکست سنگ در زمان حفاری، هندسه‌ای ابزار برش (تیغه برش) است که تاثیر به‌سزایی در انرژی ویژه MSE ( انرژی مورد نیاز برای حفر حجم واحدی از سنگ) مصرفی دارد. روش عددی المان‌مجزا یکی از پیشرفته‌ترین روش‌ها برای مدل کردن مسایلی است که با کرنش و تغییرشکل بالا همراه است. هدف اصلی این تحقیق شبیه‌سازی برش سنگ و بررسی تاثیر زاویه شیب عقب در عملکرد تیغه PDC بر روی دو نمونه سنگ رسوبی (ماسه سنگ و سنگ آهک) است. بنابراین از نرم افزار عددی کد جریان اجزاء (PFC2D) که رفتار مکانیکی مواد دانه‌ای را با روش المان‌های مجزا (DEM) شبیه‌سازی می‌کند، استفاده شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، سنگ آهک نسبت به ماسه‌سنگ به انرژی ویژه بیشتری نیاز دارد که دلیل آن می‌تواند مقاومت بیشتر سنگ آهک نسبت به ماسه سنگ باشد. اما افزایش زاویه شیب عقب از 10 درجه به 40 درجه باعث افزایش انرژی ویژه مصرفی در هر دو نوع سنگ می‌شود. در حقیقت نیروی افقی برش عامل اصلی تاثیر گذار در مقدار انرژی ویژه است . علاوه بر این نتایج بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که مکانیزیم جریان مواد خرد شده در جلوی تیغه‌ی برش تابعی از هندسه‌‌ی تیغه و زاویه اصطکاک بین تیغه و ذرات خرد شده سنگ است که از جمله عوامل موثر در مقدار انرژی ویژه محسوب می‌گردد.