基于扩展PFC2D-GBM模型的单齿切削花岗岩破碎机制

常规钻井工具在钻进深部油气资源地层岩石的过程中，通常会遇到钻速低、成本高等问题。为提高钻头在深部硬地层的钻进效率、优化破岩参数，利用扩展PFC2D-GBM模型建立基于真实晶粒结构的花岗岩模型，对PDC单齿切削作用下的破岩机制进行深入分析，分别从宏细观尺度讨论围压、前倾角以及切削速度对破岩效果的影响。结果表明：在切削过程中，岩石中总会萌生晶内拉伸裂纹、晶内剪切裂纹、晶间拉伸裂纹以及晶间剪切裂纹4种微裂纹；无论在何种工况下，晶间拉伸裂纹的数量总是最多且分布范围最广；在无围压时，矿物晶粒在PDC齿作用下沿晶粒边界脱离岩石形成岩屑，产生的裂纹基本是晶间拉伸裂纹，只存在极少的晶内裂纹；随着围压的增大，晶内剪切裂纹的萌生会得到一定的促进作用，并且围压越大，这种促进作用更强。