液动冲击器工作动力学模拟研究

液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。     

石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势

随着油气钻井向深部的发展,硬地层钻进的难题日益突出,而采用传统的牙轮钻头,配合ＰＤＣ钻头及喷射钻井装置,在钻遇硬地层时,钻井效率低,钻头寿命短,钻井周期长,成本高。采用液动冲击旋转钻进技术是解决硬岩钻进最有效的方法之一,具有良好的应用前景。介绍了国内外液动冲击器技术近期研究的进展,以及各类冲击器的结构、工作原理、试验研究成果和生产应用情况。总结了各类液动冲击器的特点,对进一步开展液动冲击器技术的研究提出了建议。     

钻井用液动冲击器技术研究进展及应用对比

论述了提高钻井速度的意义和方法。按照冲击力的方向可把液动冲击器分为轴向冲击器和扭力冲击器,介绍了该技术的研究进展。指出扭力冲击器是提高深部硬地层钻井速度的有效工具,具有广泛的应用前景。针对现场出现的问题,提出应开展对扭力冲击钻井配套PDC钻头的研究、加强对扭力冲击工具内表面处理的研究、开展扭力冲击钻井破岩机理的研究。     

液动冲击器缸体结构优化设计

为解决液动冲击器在使用过程中缸体出液孔口出现冲蚀坑的问题,采用CFD分析法对缸体工作过程进行模拟仿真,根据流场模拟结果提出结构改进方法,将缸体流道从径向水平改为与水平方向成45°角的结构。研究结果表明,缸体流道沿径向水平时会引起出液孔口附近液体流速和压力突变,产生脱流回流现象,导致缸体出液孔口附近发生严重冲蚀;结构改进后流场分布情况得到明显改善,且能满足缸体强度要求,延长了冲击器缸体的使用寿命。现场试验中改进后的液动冲击器的平均钻速比改进前提高了34%。     

钻井用液动冲击器的参数测试系统

钻井用液动冲击器主要由接头，外缸，射流元件，缸体，活塞，冲锤，外筒，砧子等组成，根据其结构特点设计了一套参数测试系统。通过室内测试得到了准确的冲击器测试参数。对调节冲击器的性能及结构改造设计起到了至关重要的作用。文章简要介绍了钻井用液动冲击器的基本结构及工作原理，着重介绍了冲击器测试部分的软硬件结构组成及功能特点。     

射流式液动冲击器优化设计研究

传统的射流式液动冲击器活塞缸体大多采用单、双道侧壁密封方式,易出现活塞缸体局部变形、密封失效和钻具刺漏等问题。鉴于此,应用有限元分析模块SolidWorks Simulation对活塞缸体受力情况进行静力学模拟分析。分析结果表明,活塞缸体局部发生了径向变形,且其上端的轴向和径向变形十分明显。因此,在结构上对活塞缸体侧壁密封方式进行优化设计,即采用新型侧壁密封方式代替传统的单、双道密封圈侧壁密封方式。经有限元分析验证,优化设计后的结构可抑制活塞缸体的径向变形,从而防止侧壁密封失效现象。在相同的试验情况下,改进后的射流式液动冲击器比传统的射流冲击器机械钻速提高约52%,单只钻头进尺提高72%,纯钻时间延长14%,钻头磨损较小。因此优化设计后的液动锤工作寿命更长,工作更稳定,钻井效率更高。     

液动冲击器在川合148井的应用

利用液动冲击器进行旋冲钻井是在常规旋转钻井基础上发展起来的一种钻井新方法,它对于硬脆性岩石及可钻性差的地层可大幅度地提高机械钻速。介绍了液动冲击器的结构及工作原理,在川西地区合兴场构造川合148井下部中硬地层的应用表明,旋冲钻井可提高机械钻速20％以上,值得在该地区推广应用。     

液动冲击器旋冲钻井技术现状及发展趋势

随着我国油气勘探开发向纵深发展,油气埋藏超深,岩层古老坚硬,地层温压超高等复杂地质特征愈发明显.对石油钻井工程大幅度提高钻井速度,有效降低钻井成本的需求十分迫切.常规单一的靠研发新型钻头,优化钻井参数已不能完全满足钻井提速的要求,采用新型的高效破岩钻头+协同破岩工具+强化钻井参数复合钻井提速技术是钻井提速的发展方向...     

石油钻井工程中液动冲击器的性能参数测试

简述了旋冲钻井技术的特点，介绍了液动冲击器的工作机理及其性能参数测试在冲击器研制、改进和性能评定中的重要作用，总结了目前已有的液动冲击器试验台架和测试工作，并给出了应将室内实验、现场测试和计算机仿真相结合开展性能参数测试的建议。     

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随着油气田勘探开发向纵深发展，钻遇的硬地层越来越多，地层的岩石可钻性级值及硬度增高。冲击旋转钻井技术这一被认为是破碎坚硬岩石最有效的方法目前在石油钻井界得到了普遍重视。冲击旋转钻进是冲击式钻进和旋转钻进结结合的一种钻进方法，在钻遇坚硬地层时，以其钻速快，钻井成本低、岩屑大、钻压低和井斜程度轻等优点受到油气田的普遍欢迎。文章通过对背压式液动冲击器进行室内试验研究，得出了各种冲击参数（冲击频率、振动幅值、冲击力大小）对其使用性能的影响；为科学调整和设计背压式冲击器提供了一定的依据，同时也为背压式冲击器的现场试验及应用奠定了基础。     

连续管液压高频冲击器的研制

常规连续管液压震击器在使用可靠性、作业效率、可操作性和使用范围等方面有其难以克服的局限性。为此,研制了连续管液压高频冲击器。该工具依靠泵入流体激发,操作方便;无高精度的封闭液压结构,使用可靠;特殊的设计使其拥有向上和向下2种冲击模式;高频冲击大大提升了作业效率。试验结果表明,连续管液压高频冲击器在经过较长时间的高频冲击后未发现任何可见泄漏,各项参数都达到了设计要求。该工具在现场的初步应用也获得了成功。     

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为了满足油气勘探开发向纵深发展的需要，石油液动冲击回转钻井技术作为一种高效的硬地层钻井技术受到国内外科研工作的广泛关注。而其中性能优良的冲击器的设计与制造是该技术得以大面积推广的关键所在。章通过分析冲击器的工作状态，冲击参数动力学模型的建立及模型检验给现场提供了一套系统的冲击参数设计方法，为冲击器的设计和改进提供了可靠的依据。     

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随着油气田勘探开发向纵深发展，液动冲旋钻井技术钻硬地层的独特优点引起了广大科研工作者浓厚的兴趣。但是如何在恶劣的工作环境下提高冲击器的抗摩擦性能成为该技术大面积推广的一个技术难点。文章首先阐述了石油行业中常用的几种典型动密封结构形式，然后通过总结这些结构的优缺点，提出了一种利于提高冲击器使用寿命的新型密封结构。通过室内试验证实该密封结构性能可靠，价格低廉，对提高冲击器的使用寿命和现场推广有很大的帮助作用。     

液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术研究与现场试验

在应用PDC钻头钻进硬地层时易出现钻具粘滑振动、跳钻、钻具突然回转等问题,导致钻头崩齿、钻具扭转变形,从而影响钻井效率和钻头、钻具的使用寿命。为此,研制了液力扭转冲击器和液力加压器并组合应用,形成了液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术。室内性能试验结果表明,液力扭转冲击器能够产生高频冲击扭矩,且随着排量的增加,冲击扭矩、冲击频率和节流压力均会增加;液力加压器可以降低钻头的剧烈振动,从而达到提高钻速、保护钻头的目的。该技术在3口井进行了现场试验,与邻井相比,机械钻速分别提高了50%,33%和68%,且单只钻头进尺显著增加。研究表明,液力扭转冲击器配合液力加压器的钻井提速技术,可以大幅度提高机械钻速,并解决定向钻井中存在的托压问题,为实现油气藏高效开发提供了一种新技术。      

新型液动射流冲击器顶紧及密封机构设计

针对液动射流冲击器中压盖与射流元件之间出现的密封及缸体活塞卡死问题,设计了新型碟簧元件顶紧及密封机构,对该密封机构进行了理论计算、强度校核和性能测试试验。试验得出了该结构射流冲击器的最大冲击功、冲击频率和冲击末速度,得到了冲击器性能参数与操作参数之间的关系曲线。试验结果表明：该机构可以解决液动射流冲击器内部零部件因预紧力不足导致的密封失效和因预紧力过大导致缸体变形、活塞运动受阻或卡死的问题;冲击器的性能参数得到了优化,可以根据现场所需的冲击功和冲击频率,对冲击器的流量等操作参数进行调节,以满足不同地层岩性的钻井需求。     

液力扭转冲击器典型工艺孔参数对流场影响

应用ANSYS软件中的Fluent模块对液力扭转冲击器内部含工艺孔的流道流场进行数值计算和仿真分析,比较了不同工艺孔长度和不同工艺孔直径对流道压力产生的影响。通过分析压力云图和速度流线云图,得到使流道压力损失最小的最佳工艺孔长度和最佳工艺孔直径,并探讨了造成压力损失的原因。为液力扭转冲击器的优化设计提供理论依据。     

水力振荡器与液力推力器集成应用研究

为了解决复杂结构井滑动钻进托压问题,提出了水力振荡器与液力推力器集成应用缓解托压的方法,从原理上进行了技术可行性分析。该集成技术可以起到3方面的作用:降低滑动钻进钻柱与井壁间的摩阻,缓解滑动钻进托压,提高滑动钻进行程钻速;当摩阻增加到一定值时,出现小幅度的托压释放时,保证工具面稳定;滑动钻进时,为钻头提供足够钻压,提高滑动钻进机械钻速。在G962-24井进行的现场试验中,滑动钻压维持在40~50 k N之间,托压现象明显缓解;滑动行程机械钻速由1.48 m/h提高到5.14 m/h,机械钻速平均提高到3.10 m/h。该项集成技术的成功应用,为同类型的井缓解滑动钻进托压现象提供了理论依据和技术支持。     

NPJ-1型高效破岩脉冲射流轴向冲击器研制

冲击器是提高深井机械钻速的主要井下工具。针对冲击器核心部件易损坏,寿命短,提速效果不明显等问题,设计了NPJ-1型高效脉冲射流轴向冲击器。该工具通过水力调节机构使钻头在旋转的同时产生纵向振动,可显著改善钻头与井底附近岩石的受力状况,有效提高机械钻速。通过数值模拟分析,室内强度试验、原理试验,该脉冲射流轴向冲击器工作原理正确,结构简单、可靠,明显提高了钻井速度,且使用寿命长。