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题名复合冲击钻井工具结构设计与运动特性分析
被引量：14
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作者
汪伟
柳贡慧
李军
查春青
黄涛
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机构
中国石油大学(北京)石油工程学院
北京工业大学
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出处
《石油机械》
北大核心
2019年第7期24-29,共6页
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基金
国家科技重大专项“复合冲击破岩技术研究及工具研制”(2016ZX05021-003)
国家自然科学基金青年项目“复合冲击钻井技术的破岩机理及优化设计方法研究”(51804013)
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文摘
深部复杂硬地层岩石强度高、可钻性差、抗破碎能力强,易引起PDC钻头黏滑振动及过早磨损。鉴于此,设计了一种复合冲击钻井工具。分析了该工具的轴向冲锤和周向摆锤的受力特征,建立了冲锤和摆锤的运动数学模型,研究了工具的运动特性,并通过室内试验测试其冲击性能。研究结果表明:复合冲击钻井工具的冲锤和摆锤的运动过程分为三个阶段,且在不同阶段运动均呈非线性;工具的冲击功和冲击频率均随排量增加而增大,冲击功计算值要比试验值高出25%,频率计算值比试验值高19%;轴向冲击频率高于周向冲击频率,工具结构参数满足设计要求。研究结果可为复合冲击钻井工具结构的合理设计及现场应用提供借鉴。
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关键词
硬地层
PDC钻头
复合冲击钻井
结构设计
运动特性
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Keywords
hard formation
PDC bit
composite percussion drilling
structural design
motion behavior
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名复合冲击载荷抑制PDC钻头破岩粘滑振动的试验研究
被引量：2
- 2
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作者
张恒
袁光杰
倪红坚
杨恒林
付利
王元
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机构
中国石油集团工程技术研究院有限公司
中国石油大学(华东)石油工程学院
油气钻完井技术国家工程研究中心
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出处
《石油钻探技术》
北大核心
2025年第2期69-75,共7页
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基金
中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性研究项目“复杂油气钻完井基础理论与新技术新方法研究”(编号:2024DJ100)
中国石油青年科技专项计划“底部钻具组合(BHA)振动状态智能识别及减振方法研究”(编号:2024DQ03117)联合资助。
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文摘
深井超深井钻井过程中,PDC钻头的粘滑振动是导致钻头非正常磨损的主要原因之一。为探索复合冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响机制,利用冲击破岩试验装置研究了PDC钻头破岩过程中粘滑振动的发展规律;在此基础上,通过引入复合冲击载荷,分析了轴扭复合冲击载荷对PDC钻头破岩过程中粘滑振动的影响规律。研究发现:固定驱动转速条件下,随着送钻速度增快,PDC钻头的粘滑振动会明显增强;当平均钻压为20.12 kN时,粘滑比为1.31,钻头出现了间断停滞现象;粘滑振动的主频为冲击破岩试验装置扭转加载模块的一阶固有频率,复合冲击可以明显降低PDC钻头的粘滑现象,表现为主频处对应的转速显著降低;在试验参数范围内,频率50和100 Hz的复合冲击对粘滑振动的抑制效果最为明显。研究结果可为抑制PDC钻头破岩粘滑振动和研制复合冲击破岩工具提供指导。
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关键词
复合冲击钻井
PDC钻头
粘滑振动
钻井提速
破岩试验
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Keywords
composite impact drilling
PDC bit
stick-slip
ROP enhancement
rock drilling test
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分类号
TE921.1
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名复合冲击频率配合特性模拟研究
被引量：17
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作者
李玉梅
张涛
苏中
于丽维
刘建明
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机构
北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室
现代测控技术教育部重点实验室
新疆油田公司工程技术研究院
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出处
《石油机械》
北大核心
2019年第9期30-36,共7页
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基金
北京市属高校高水平教师队伍建设支持计划-青年拔尖人才培育计划项目“钻井复杂工况实时解释方法研究”(CIT&TCD201804057)
北京市教委一般项目“井下工程参数测量与数据分析方法研究”(KM201811232011)
+1 种基金
北京信息科技大学科研水平提高重点研究培育项目“干热岩储层激发裂隙网络连通性预测研究”(5221835901)
北京信息科技大学师资补充与支持计划项目“干热岩基础岩石力学参数测试研究”(5029011102)
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文摘
目前,对于传统的轴向冲击破岩和扭力冲击破岩机理的研究较多,而复合冲击钻井破岩机理的研究正处于起步阶段,且现有的研究成果极少。鉴于此,利用ABAQUS动力学冲击模块计算平台建立了PDC钻头单齿-岩石相互作用的动力冲击数值模型,考虑切削齿在钻压、转速、交变冲击扭矩和交变轴向冲击力等多个载荷的共同作用下,分析了复合冲击破岩方式、轴向冲击和扭向冲击频率配合方式、钻压等几个因素对复合冲击破岩效果的影响。研究结果表明:岩石单元内部拉应力与压应力破坏区域交替分布;冲击条件相同,且在轴向冲击频率为扭向冲击频率的1/2时,岩石破碎效率最高;如果冲击频率太小,而不能及时有效地破碎钻遇岩石,即发生黏滑振动;如果冲击频率太大,载荷作用时间太短,则破岩过程中冲击能量无法及时分配,冲击力微弱,因此,复合冲击频率配合数量关系存在一个冲击频率极值。复合冲击钻井技术破岩机理的研究为新型钻井工具的进一步开发和优化改进奠定了理论基础。
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关键词
复合冲击钻井
冲击破岩
PDC
钻压
冲击频率
ABAQUS
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Keywords
compound percussion drilling
percussion rock breaking
PDC
weight on bit
percussion frequency
ABAQUS
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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题名基于单齿多维度冲击破岩机理仿真研究
被引量：8
- 4
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作者
齐悦
柳贡慧
李军
查春青
田玉栋
李玉梅
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机构
中国石油大学(北京)石油工程学院
北京工业大学机械工程及应用电子技术学院
北京信息科技大学高动态导航技术北京市重点实验室
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出处
《石油机械》
北大核心
2023年第12期1-7,共7页
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基金
国家自然科学基金重大科研仪器项目“钻井复杂工况井下实时智能识别系统研制”(52227804)
国家自然科学基金青年基金项目“干热岩储层双重介质射孔簇内复杂多裂缝起裂及扩展机理研究”(52104001)
北京市教育委员会科学研究计划项目(KM202111232004)。
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文摘
扭转冲击钻井破岩模式的提出及应用提高了对井筒周向岩石的切削效率。为了提高复合冲击的破岩效率及轴向冲击频率与扭转冲击频率的最优配比,建立了复合冲击系统的三维有限元数值模型,模拟了PDC单齿与岩石的动态相互作用;通过灵敏度分析,研究了复合冲击中牙齿扭向冲击速度、动态扭转冲击载荷幅值、扭转冲击与轴向冲击频率配比对切削力和切削深度的影响。研究结果表明:扭向冲击速度越大,切削力越大,切削力的幅值越大;切削力随着冲击时间先增大后减小,随着动态扭转冲击载荷幅值的增加,切削力的振幅增大,切削力越快达到峰值;随着扭向冲击速度增加,切削深度幅值和切削力幅值均增大,切削深度曲线呈阶跃特征,牙齿最大切削深度随动态扭转冲击载荷幅值增大而增大;扭转冲击频率与轴向冲击频率的配比关系存在一个最优值。所得结论可为复合冲击破岩工具的后续开发和优化提供理论支持。
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关键词
复合冲击钻井
破岩机理
PDC单齿
切削力
冲击速度
轴向冲击
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Keywords
compound impact drilling
rock-breaking mechanism
single PDC cutter
cutting force
impact velocity
axial impact
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分类号
TE921
[石油与天然气工程—石油机械设备]
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