集减振、脉冲和冲击于一体的钻井提速工具设计及仿真

摘要

钻井过程中,为了减少钻柱振动带来的危害,提高破岩效率,节省钻井成本,设计了一种以井下轴向振动作为动力源,同时可实现脉冲射流和轴向冲击的多功能提速工具。其中的减振装置可减少钻柱轴向振动对钻头、钻柱造成的损伤,并作为动力带动中心轴进行往复运动;中心轴的运动改变了钻井液的过流面积,从而形成了脉冲式射流,加快井底携岩效率,增强水力辅助破岩效果;中心轴带动冲锤给钻头施加周期性的冲击力,实现冲击辅助破岩。通过钻具轴向振动规律的研究,优化工具的结构设计;模拟分析过流面积变化对井底压力的影响,提高脉冲射流压差;建立冲击破岩力学模型,分析不同岩性条件下冲击力与破岩效率的关系,提高冲击破岩效果。该工具结构中易损件极少,结构可靠,满足钻井复杂条件下对工具寿命和强度的要求。