复合冲击钻井工具结构设计与运动特性分析

摘要

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.