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旋转配流式扭转冲击钻具设计与分析

Design and analysis of rotary distributing-flow torsional impact drilling tools
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摘要 为了减轻硬地层PDC钻头的黏滑振动,实现提速增效,研制了一种新型旋转配流式扭转冲击钻具。基于工具结构与工作原理的分析,建立了摆锤运动数学模型,研究了摆锤的运动规律,分析了水力参数和结构参数对其冲击性能的影响,并通过室内实验验证了工具结构的可行性。结果表明,摆锤在不同的阶段均做非线性加速运动,摆锤冲击功、冲击功率均与钻井液排量和摆锤转动惯量呈正相关,而摆锤固有冲击频率与钻井液排量呈正相关,与摆锤转动惯量呈负相关。研究结果为工具的结构优化和推广应用提供了理论支撑。 A novel rotary distributing-flow torsional impact drilling tool was developed to reduce the stick-slip vibration of PDC bit and improve the ROP in hard formation.Based on the analysis of tool structure and working principle,the mathematical motion model of the hammer was established,the motion law of the hammer was studied,the effects of hydraulic and structural parameters on tool impact performance were analyzed,and the feasibility of the tool structure was verified by laboratory tests.The results show that the hammer undergoes nonlinear acceleration motion at different stages.The impact energy and power of the hammer are positively correlated with the drilling mud flow rate and moment of inertia of the hammer.The natural impact frequency of the hammer is positively correlated with the drilling mud flow rate,and is negatively correlated with the moment of inertia.The research results provide theoretical support for the structural optimization and further application of the tools.
作者 汪伟 陈杰 张鹏翔 柳贡慧 李军 查春青 WANG Wei;CHEN Jie;ZHANG Pengxiang;LIU Gonghui;LI Jun;ZHA Chunqing(Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.,Tianjin 300452,China;Tuha Drilling Company,CNPC Xibu Drilling Engineering Co.,Ltd.,Turpan 838299,China;College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum,Beijing 102249,China)
出处 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1047-1052,共6页 Fault-Block Oil & Gas Field
基金 国家自然科学基金项目“钻井复杂工况井下实时智能识别系统研制”(52227804)、“特深井复杂温度场测量与井筒压力剖面控制基础研究”(U22B2072) 中国石油-中国石油大学(北京)战略合作项目“准噶尔盆地玛湖中下组合和吉木萨尔陆相页岩油高效勘探开发理论及关键技术研究”(ZLZX2020-01)。
关键词 旋转配流 扭转冲击 运动特性 冲击性能 rotary distributing-flow torsional impact motion characteristic impact performance
作者简介 第一作者:汪伟,男,1992年生,讲师,主要从事钻井提速工具的相关研究。E-mail:cupwangwei53@163.com;通信作者:柳贡慧,男,1963年生,教授,主要从事冲击钻井技术、井下过程控制与测量、气体钻井等方面的研究工作。E-mail:lgh_1029@163.com。
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