高压水射流破岩机理研究

第1章　绪论 1

1.1 水射流技术的发展与应用 2

1.1.1　水射流技术的发展概况 2

1.1.2　水射流技术的分类 4

1.1.3　水射流技术的应用概况 5

1.2 高压水射流破岩机理研究概况 8

1.2.1　高压水射流切割岩石理论模型 8

1.2.2　高压水射流冲击岩石理论模型 9

1.2.3　高压水射流直接破岩机理研究 12

1.2.4　高压水射流辅助破岩机理研究 17

参考文献 19

第2章　岩石破碎理论研究 21

2.1　岩石破碎理论的研究方法和研究内容 21

2.1.1　岩石破碎理论的研究方法 21

2.1.2　岩石破碎理论的研究内容 22

2.2　岩石破碎方法 24

2.2.1　传统岩石破碎方法 24

2.2.2　新型岩石破碎方法 26

2.3　岩石破碎理论 28

2.3.1　剪切破坏强度理论 29

2.3.2　脆断破坏强度理论 34

2.3.3　统计强度理论 35

2.3.4　裂纹扩展理论 39

2.3.5　岩石损伤破坏理论 48

参考文献 61

第3章　高压水射流理论研究 63

3.1 流体的基本性质 63

3.1.1　流体的三相状态 63

3.1.2　流体的可压缩性 63

3.1.3　流体的粘性 64

3.1.4　水的表面张力 64

3.1.5　水的溶气性 65

3.2　流体力学基本方程 65

3.2.1 微分方程 65

3.2.2　初始条件和边界条件 67

3.3　流体的紊流过程分析 68

3.3.1 紊流参数的研究方法 69

3.3.2　紊流的基本方程 71

3.4　喷嘴出流及其特征参数 75

3.4.1 小孔出流 75

3.4.2 喷嘴出流 76

3.5 淹没射流的结构特性 76

3.5.1　淹没射流的结构 77

3.5.2　淹没射流的速度分布 78

3.6 非淹没射流的结构特性 80

3.6.1　非淹没射流的结构 80

3.6.2　非淹没射流的特性分析 81

3.6.3　非淹没射流的动压分布 83

3.7 旋转射流的结构特性 86

3.7.1　旋转射流的速度分布 87

3.7.2　旋转射流的压力分布 91

3.8　脉冲射流的结构特性 93

3.8.1　脉冲流体的水击特性 94

3.8.2　水击压力的计算 95

3.8.3　水击特性的利用 97

参考文献 100

第4章　高压水射流流场与破岩特性研究 101

4.1 连续射流流场与破岩特性研究 101

4.1.1　连续射流对物体的作用特性 101

4.1.2　连续射流冲击物体引起的应力场 104

4.1.3　无围压淹没条件下连续射流流场分析 107

4.1.4　有围压淹没条件下连续射流流场分析 112

4.1.5　连续射流破岩特性研究 116

4.2 旋转射流流场与破岩特性研究 119

4.2.1　旋转射流的运动方程 119

4.2.2　旋转射流的基本特性分析 122

4.2.3　旋转射流的流场分析 133

4.2.4　旋转射流破岩特性研究 143

4.3 脉冲射流流场与破岩特性研究 151

4.3.1 自激振荡脉冲射流基本原理 151

4.3.2　脉冲射流流场分析 155

4.3.3　脉冲射流破岩特性研究 163

参考文献 167

第5章　高压水射流破岩机理的数值模拟研究 169

5.1 高压水射流破岩基本过程分析 169

5.1.1 高压水射流与岩石的耦合作用分析 170

5.1.2　高压水射流破岩作用分析 173

5.2　数值模拟研究方法 175

5.2.1 高压水射流作用下岩石的损伤模型 175

5.2.2　高压水射流破岩的有限元分析 186

5.3 连续射流破岩机理数值模拟研究 194

5.3.1 物理模型及定解条件 194

5.3.2　连续射流破岩过程及机理分析 195

5.4　旋转射流破岩机理数值模拟研究 203

5.4.1 物理模型及定解条件 204

5.4.2　旋转射流破岩过程及机理分析 204

5.5 脉冲射流破岩机理数值模拟研究 214

5.5.1　物理模型及定解条件 214

5.5.2　脉冲射流破岩过程及机理分析 214

参考文献 223

第6章　水射流技术在石油钻井工程中的应用 226

6.1 旋转射流钻超短半径水平井技术 226

6.2　脉冲射流提高钻速技术 236

6.2.1 井底水力脉动提高钻速机理分析 236

6.2.2　钻头腔内转子调制式脉冲钻井技术 242

参考文献 247