论文部分内容阅读
在钻井工程中,PDC钻头常常出现粘滑振动,导致钻头的过早失效,因此,抑制PDC钻头粘滑振动是重要研究方向。现场应用表明,扭转冲击钻井技术与装备能有效抑制PDC钻头的粘滑现象,能够有效提高钻速,保护钻头和钻具。然而,其抑制PDC钻头粘滑振动的机理并不清楚,为进一步拓展扭转冲击钻井技术在现场的应用,对扭转冲击影响钻头粘滑振动的机理进行研究。首先,对PDC钻头粘滑振动的机理进行分析,建立了扭转冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响的理论模型,并进行理论计算,结果表明:(1)随着冲击力的增大,钻头的速度波动逐渐降低,冲击载荷越大,对钻头的粘滑振动抑制效果越好;(2)随着冲击力的增大,钻头的速度波动呈现先降低后增大的趋势,存在一个最优值使得冲击载荷对钻头的粘滑振动抑制效果最好。其次,通过实验研究了在扭转冲击作用下的PDC齿与岩石摩擦接触状态,得到冲击载荷对PDC齿与岩石的摩擦接触状态的影响规律,分析了冲击力、冲击频率对PDC粘滑振动的影响。实验结果表明:(1)随着冲击载荷的增大,冲击对粘滑振动的抑制效果呈现增大趋势;(2)随着振动频率的增加,冲击对粘滑振动的抑制效果呈现先减小,后增大的趋势,再呈减小的趋势;(3)随着接触面尺寸的增大,冲击对粘滑振动的影响效果呈现先增大后减小的趋势,并且存在最优值。然后,通过数值模拟研究了扭转冲击对PDC钻头的粘滑振动的影响规律。分析了不同冲击力幅值、冲击频率对PDC钻头的粘滑振动的影响。研究结果表明:扭转冲击载荷作用下,PDC钻头粘滑振动现象得到有效抑制;并且扭转冲击力幅值和冲击频率存在最优值,使PDC钻头的粘滑振动的抑制效果达到最好。本文建立了扭转冲击载荷对PDC钻头粘滑振动的影响的数学模型,完成扭转冲击影响PDC钻头粘滑振动的实验研究,并且完成了扭转冲击影响PDC钻头粘滑振动的数值模拟研究,揭示了扭转冲击影响PDC钻头粘滑振动的机理。研究结果表明,扭转冲击可以有效抑制PDC钻头粘滑振动,为扭转冲击钻井技术在现场的应用提供可靠的参考。