自循环水平往返冲击工作原理的研究

陈英杰，樊 军，董 平，刘福德

（新疆大学机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047）

1 引言

石油资源对经济发展和国家安全举足轻重，伴随着我国经济的快速发展，石油资源已经成为制约我国经济发展的瓶颈。随着对油井的开发，深井、超深井以及所遇到的硬质地层越来越多。钻头的破岩效率随着岩石强度的增加而不断的降低，此时常规冲旋钻井技术表现差强人意。为了解决上述的钻井问题，目前国内的主流解决办法是给钻头施加一个额外的垂直撞击作用，但是这种方法容易导致粘滑振动现象加剧。而粘滑振动是造成各种钻井问题（如：过度的钻头磨损、早期钻具失效及钻头破岩效率低下等）的一个主要原因。广大国内外科研人员针对这一问题开展了许多研究，如文献[1]借助计算机详细分析描述了钻杆在粘滑振动时的状态特征；文献[2]对钻头的工作过程进行了数字化建模，分析了钻头转速与钻头处扭矩之间的关系；文献[3-4]对钻杆在大位移井中的粘滑振动现象进行了研究；文献[5-6]对冲击地层中出现的粘滑失稳现象的原因进行了详细的分析，通过研究表明旋转和水平冲击相结合的钻井方法可有效地避免粘滑振动问题。Ulterra公司的TorkBuster冲击器可以实现旋转和水平冲击相结合的钻井方法，但是该冲击器的工作原理及运动特性尚未公开。因此对水平往返冲击的工作原理和运动特性的研究对于我国水平扭力冲击器的研究和设计有重大的意义。……