扭转冲击器的结构设计与实验研究

发布时间：2019-09-05 06:46

【摘要】：随着油气勘探开发向深井超深井发展,一方面坚硬或研磨性地层导致机械钻速不高;另一方面PDC钻头存在严重的粘滑现象。如何解决油气田坚硬地层钻井的难题,是国内外钻探专家普遍关注的课题。从破岩理论来看,扭转冲击钻井技术是解决当今油气井硬地层钻井难题最有效的方法之一,对提高钻井效率意义重大。本研究在搜集相关资料的基础上,总结现有扭冲工具的优缺点,提出了一种集机械、水力喷射和扭转冲击三种破岩方式共同作用的复合钻井新工艺,并研制了液压式扭转冲击发生器。运用Solidworks三维绘图软件和3D打印技术对工具进行结构设计;运用Fluent对工具内部特定流场进行仿真分析;通过模型简化,对表征工具性能的特性参数进行理论推导计算;采用先进的数控加工中心CNC对工具进行加工、组装和调试;借助多种不同原理的传感器设备进行室内实验,验证扭转冲击功能和测定特性参数,并与理论计算值拟合,调整相关系数进行修正。通过简化物理模型的Fluent仿真分析,得到了工具内部的钻井液分配情况,其中导流套处的一次分流比为3.72,筛管处的二次分流比为0.543。通过室内实验的功能测试,液压式扭转冲击发生器能够按照预想实现扭转冲击功能,并表现出了良好的工作特性。通过搭建的室内参数测试系统成功测定了工具的各项工作特性参数,分析测试结果发现扭转冲击频率与钻井液流量呈类线性关系,扭冲压降和扭转冲击力与钻井液流量呈二次关系,扭转冲击力与冲击频率成二次关系。为扭冲工具的进一步研究垫定了理论基础,为工具的现场测试和商业化生产提供了必要的技术保证。
【图文】：

扭力,冲击器,外观

orkBuster 大大减少或消除了 PDC 钻头的粘滑，，在提高了机械钻及下部钻柱组合的寿命[27]。ster 工具结构紧凑，对钻进过程中的底部钻具组合几乎没有影响钻井、定向钻井、高性能钻井以及旋转导向钻井中均表现出了ster 扭力冲击器的主要技术参数如表 1-1 所示，torkbuster 扭力冲构分别见图 1-1 和图 1-2。表 1-1 torkbuster 扭力冲击器主要技术参数le1-1 The main technical parameters of torkbuster torsion impact gene流量/L 1）压降/Mpa 最高工作温度/℃最大钻压/kN频率/min 1扭矩/（N m）11～20 1.73～2.76 210 84.0 680～1300 610 18～38 2.20～2.40 210 112.2 1000～2400 1017 38～76 1.73～2.76 210 224.0 750～1500 1627

扭力,冲击器,内部结构,最高工作温度

表 1-1 torkbuster 扭力冲击器主要技术参数 main technical parameters of torkbuster torsion impa压降/Mpa 最高工作温度/℃最大钻压/kN频率/min 1扭（N1.73～2.76 210 84.0 680～1300 62.20～2.40 210 112.2 1000～2400 101.73～2.76 210 224.0 750～1500 16图 1-1 torkbuster 扭力冲击器的外观The appearance of the torkbuster torsion impact gene
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE927

【参考文献】