液压式应力波辅助破岩工具设计及实验研究

发布时间：2021-11-07 11:33

　　对碳酸盐岩储层深井、超深井钻井进行了动载破岩机制研究,设计了应力波辅助破岩工具。使用ABAQUS进行了数值模拟,得出影响破岩效率的因素和规律,并依据该规律进行工具参数优化。通过实验,验证了该工具的可靠性和实用性,对应力波辅助破岩工具的参数设计及配套工艺提供了重要参考。将应力波辅助破岩工具单元与减振器单元融合,可适用于多种复杂地层钻井作业,尤其适用于泥岩夹火成岩层地层、砾石层夹层等软硬交替地层钻井作业,能够提高机械钻速和丼深质量,延长破岩工具的使用寿命,具有很好的应用前景。 

【文章来源】：机床与液压. 2020,48(19)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

应力波辅助破岩工具结构三维模型

应力波辅助破岩工具的结构如图2所示。该工具工作期间,钻井液进入应力波辅助破岩工具后会分为三路,其中第一路钻井液(约占10%)流过频率控制模块,第二路钻井液(约占60%)流入控制阀,第三路钻井液(约占30%)流入截流喷嘴。流入频率控制模块的流体在其内部摆阀的作用下产生20～36 Hz的可调交变压差。该压差驱动启动锤往复摆动,进而推动控制阀往复摆动。基于该原理,控制阀将流入其内部的流体交替分配给冲击锤两侧,使该工具产生扭向高频冲击。该工具的启动活塞内部设置有分流管,该机构的作用是为启动活塞提供干净的钻井液。应力波辅助破岩工具的中心管不承担任何压应力、拉应力或者扭矩,而仅仅起到防止颗粒物进入控制阀的作用。中心管的壁面设置有类似筛管的流通孔,割缝宽度为2 mm,该设计可有效防止井下砂粒和岩屑对控制阀的损坏,进而保证了液动锤的可靠性,从总体上保证了工具在井下工作的可靠性。分流管分流的洁静流体交替作用于液压锤使其产生周向冲击。应力波辅助破岩工具冲击方式如图3所示。

该工具的启动活塞内部设置有分流管,该机构的作用是为启动活塞提供干净的钻井液。应力波辅助破岩工具的中心管不承担任何压应力、拉应力或者扭矩,而仅仅起到防止颗粒物进入控制阀的作用。中心管的壁面设置有类似筛管的流通孔,割缝宽度为2 mm,该设计可有效防止井下砂粒和岩屑对控制阀的损坏,进而保证了液动锤的可靠性,从总体上保证了工具在井下工作的可靠性。分流管分流的洁静流体交替作用于液压锤使其产生周向冲击。应力波辅助破岩工具冲击方式如图3所示。2 应力波破岩过程数值模拟

【参考文献】：
期刊论文
[1]高温高压对微波破岩效果的影响模拟研究[J]. 胡亮,马兰荣,谷磊,李丹丹,韩艳浓.  石油钻探技术. 2019(02)
[2]超声波高频旋冲钻井技术破岩机理研究[J]. 黄家根,汪海阁,纪国栋,赵飞,明瑞卿,郝亚龙.  石油钻探技术. 2018(04)
[3]数值分析方法在微波辅助破岩中的应用[J]. 陈超,刘建.  华北理工大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]激光辅助破岩规律及力学性能研究[J]. 李美艳,韩彬,张世一,王勇,李璐.  应用激光. 2015(03)
[5]孔隙岩石的SHPB试验研究[J]. 夏昌敬,谢和平,鞠杨.  岩石力学与工程学报. 2006(05)
[6]冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散[J]. 高文学,刘运通.  岩石力学与工程学报. 2003(11)
[7]冲击载荷下岩石破碎能耗及其力学性质的探讨[J]. 李夕兵,赖海辉,朱成忠.  矿冶工程. 1988(01)



本文编号：3481783