特种油气藏

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PDC钻头扭转振动减振工具设计及现场应用

查春青1,柳贡慧1,2,李军2,席岩2,汪伟2   

  1. 1.北京工业大学,北京 100124;2.中国石油大学(北京),北京 102249)
  • 出版日期:2019-04-25 发布日期:2019-05-28
  • 作者简介:查春青(1987—),男,讲师,2009年毕业于西安石油大学机械设计制造及自动化专业,2017年毕业于中国石油大学(北京)油气井工程专业,获博士学位,现主要从事井下提速工具的研发工作。
  • 基金资助:
    国家科技重大专项“复杂地层钻井提速提效关键工具与装备”(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)

  • Online:2019-04-25 Published:2019-05-28

摘要:

针对PDC钻头的扭转振动,设计了PDC钻头扭转振动减振工具。为了科学指导该工具的设计及使用,建立了工具的工作原理模型,对其减振机理进行了分析;基于PDC钻头处扭矩和钻压之间的关系,建立了减振工具螺旋导轨最佳螺旋角的计算模型,根据该模型优选了工具的螺旋角,并通过现场试验验证了该工具的减振及提速效果。理论分析表明:减振工具能通过螺旋导轨及碟簧机构自动调节钻压和PDC钻头的转速,抑制PDC钻头的扭转振动,并将一部分振动载荷转换为用于破岩的切削扭矩,提高机械钻速;减振工具的最佳螺旋角度与钻柱系统轴向刚度、钻头直径、岩石硬度成正比,与钻柱系统扭转刚度及PDC钻头后倾角的角度成反比。现场试验结果表明:试验过程中,PDC钻头未出现崩齿破坏;与邻井同层位相比,采用扭转振动减振工具后平均机械钻速提高了33.44%。扭转振动减振工具能有效抑制PDC钻头的扭转振动并起到提速效果,可推广应用。

关键词: 减振工具, 扭转振动, 钻压, PDC钻头, 机械钻速