扭力冲击器PPT-2012.2.18-by wen
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油气钻井扭力冲击器工作原理及应用探讨作者:王朋飞来源:《中国科技博览》2019年第08期[摘要]随着深井和超深井的勘探开发比例不断增加,对提高油气钻井速度和质量提出了新的挑战。
由于深井深部地层岩石坚硬、研磨极值高,PDC钻头易出现粘滑振动现象,严重制约着机械钻速的提高。
扭力冲击器与PDC钻头结合使用能够显著提高机械钻速,减少粘滑、卡钻现象出现,延长钻头使用寿命。
[关键词]扭力冲击器;原理;特点中图分类号:P58 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2019)08-0300-01前言近年来,随着深井和超深井的勘探开发比例不断增加,深部地层岩石硬度和塑性增大,常规牙轮钻头可钻性差、机械转速低、钻井周期长。
为提高钻头行程机械钻速,PDC钻头得到广泛使用,但在深部地层PDC钻头出现的粘滑振动现象,不仅严重制约机械钻速进一步提升,还极大地影响了其使用寿命。
为消除PDC钻头的粘滑振动现象,经过研究和应用,使用扭力冲击器是减小或消除钻头该现象的最有效方法。
1扭力冲击器在钻井施工中应用的必要性1.1 钻头硬地层钻井过程中,由于地下岩石的坚硬度较高,因而对钻进器的钻头质量要求较高,岩石坚硬,钻进、破碎难度较大,因而需要充分提高钻头研磨性和抗磨损性,否则钻头工作效率下降,钻井速度受影响,严重则会导致井下施工事故产生。
传统的钻进器钻头抗磨损性有限,因而总体钻进效果不理想。
扭力冲击器则将PDC钻头的整体运动状态改变,极大的提高其岩石破碎效率,根据试验分析,扭力冲击器在沟组式地层中试用具有快速钻井的效用,实践应用意义明显。
PDC钻头在井下运动时属于无序状态,因而总体振动形式是扭向振动、横向振动和纵向振动相结合,具有一定的组合效应。
因而单个PDC在井下振动时切削齿会被严重损坏,进而降低钻头的使用寿命,同时随钻测井信号和扭矩波动干扰定向控制也会受到影响。
当井眼出现不规则状态时,井身质量也会下降。
分析PDC钻头转速低的原因,能够进一步促进扭力冲击器应用究。
目录硕士专业学位论文独创性声明 (I)硕士专业学位论文版权使用授权书 (I)摘要 (II)ABSTRACT (III)第1章绪论 (1)1.1研究目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (4)1.2.1钻头-钻柱粘滑振动研究 (4)1.2.2 扭转冲击破岩辅助钻具研究 (6)1.3课题可行性分析 (9)1.4 课题研究内容和技术路线 (10)1.4.1 主要研究内容 (10)1.4.2 技术路线 (10)1.5 课题目标 (11)第2章扭力冲击器方案设计 (12)2.1扭力冲击器的设计要求 (12)2.2扭力冲击器方案选择 (13)2.2.1 方案1:涡轮驱动 (13)2.2.2方案2:液力式 (14)2.2.3 方案3:螺杆马达 (14)2.2.4 方案4:电机驱动 (15)2.3扭力冲击器结构方案 (16)2.4本章小结 (17)第3章扭力冲击器结构设计和材料选择 (18)3.1扭力冲击器整体结构及工作原理 (18)3.2扭力冲击器各个机构结构设计 (19)3.2.1上下接头参数选定 (19)3.2.2 外壳体结构设计 (22)3.2.3 分流机构结构设计 (24)3.2.4 撞击机构结构设计 (24)3.2.5 泄流机构结构设计 (26)3.2.6 传递机构结构设计 (27)3.3扭力冲击器的材料选择与技术要求 (28)3.3.1 材料的选择原则 (28)3.3.2 各零部件材料及其力学性能 (28)3.3.3 各个零件加工技术要求 (29)3.4本章小结 (30)第4章扭力冲击器流场仿真和参数计算 (31)4.1 工具整体流场仿真分析 (31)4.1.1 撞击锤处于中间位置时 (31)4.1.2 撞击锤处于启动位置时 (35)4.2 节流喷嘴流场仿真分析 (36)4.2.1不同流量 (36)4.2.2 不同内径 (39)4.3 不同流速侧边流道流场仿真分析 (41)4.4 水头损失和性能参数计算 (43)4.4.1分流机构水头损失 (44)4.4.2 运动机构水头损失 (46)4.4.3 扭力冲击器性能参数计算 (49)4.5本章小结 (50)第5章扭力冲击器室内试验 (51)5.1扭力冲击器样机室内试验 (52)5.1.1试验目的 (52)5.1.2试验条件 (53)5.1.3试验过程 (55)5.2试验数据采集与分析 (56)5.2.1数据采集 (56)5.2.2数据分析 (59)5.3工具评价和结构改进 (62)5.3.1 工具评价 (62)5.3.2 工具结构改进 (63)5.4 本章小结 (63)第6章结论 (65)参考文献 (66)致谢 (70)硕士期间发表的论文 (71)第1章绪论1.1研究目的和意义目前,油气资源在人类的日常生活和工业发展中发挥着至关重要的作用,我国经济正处于腾飞阶段,必须保证油气资源的供应。