增强型脉动冲击提速工具试验研究

摘要

深层油气资源地层研磨性强、硬度高、可钻性差是导致机械钻速低的主要原因,冲击钻井技术可大幅提高硬质地层机械钻速。为进一步提高冲击工具冲击力,设计了一种以叶轮为脉冲源与赫姆霍兹增压腔相结合的新型冲击钻井工具。通过地面试验,首先对比了工具的脉动冲击性能,其次研究了不同工作参数(排量)与赫姆霍兹增压腔结构参数(腔径、腔长和内壁碰撞角)对工具输出脉冲频率、脉冲振幅和压耗的影响,最后对增强型脉冲射流发生机构进行参数优选。研究结果表明:增强型脉动冲击提速工具能够提高脉冲振幅,并且可以实现脉冲频率由4~12.5 Hz范围调节,适用于不同硬质地层钻井;随着腔长与腔径的逐渐增加,冲击频率均呈现出不断减小的趋势;研究范围内,当赫姆霍兹增压腔入口直径40 mm,腔径80 mm,腔长70 mm,内壁碰撞角60°时,随着排量的升高,脉冲射流输出特性达到最佳,为冲击钻井工具的开发提供了一种新思路。