冲旋钻井系统能量传递模型分析

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1、2010年第39卷石油矿场机械第3期第18页0ILFIELDEQUIPMENT2010，39(3)：18～21文章编号：1001—3482(2O10)03—0018-04冲旋钻井系统能量传递模型分析王灿h，梨青海。，王国荣，敬佳佳仆(1-西南石油大学a，石油工程学院；b．油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都61o5oo；2．渤海钻探第一钻井工程分公司，天津300280)摘要：能量传递效率是冲旋钻技术的一个关键性能指标，直接影响破岩效率。在现有冲旋钻井系统能量传递效率研究的基础上，建立了2种波形作用下的冲击系统能量传递效率计算模型，同

2、时开展了实例计算，找到了能量传递效率r／与匹配参数口之间的关系，为冲击钻具设计及现场作业提供了理论依据。关键词：冲旋钻井；能量传递；传递效率；应力波中图分类号：TE921．2文献标识码：AEnergyTransferringModelAnalysisofPercussionDrillingSystemWANGCan”，LIQing—hai。，WANGGuo—rong，JINGJia—jia(1．a．SchoolofPetroleumEngineering；b．StateKeyLabofOilandGasReservoirGeologya

3、ndExploitation，SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，China；2．No．1DrillingEngineeringCompanyofBHDC，Tianjin300280，China)Abstract：Energytransferefficiency，whichrelatestorockerosionefficiency，isthekeyperform—anceofpercussiondrillingtechnology．Basedontherecentstudiesofpe

4、rcussiondrillingsystemenergytransferefficiency，theenergytransferefficiencycalculationmodelsfortwowaveformswereestablishedandmadeacalculationmode．Finally，therelationshipoftheenergytransferd-ficiency叩andthematchingparameterJ8isfound．Itcanprovidetheoreticalbasisforpercussio

5、ndrillingtoolsandfieldoperation．Keywords：percussiondrilling；energytransfer；transferefficiency；stresswave相对于传统旋转钻井技术，冲旋钻井技术依靠吃深的关系，从而指导冲击钻具系统设计及现场作冲击动载来破碎岩石，可大幅提高对岩石尤其是脆业。性岩石的破碎速度[1]，因而越来越受到钻井界的重1系统能量传递效率定义视。然而，在现场应用中，在已知冲锤具有的冲击能量情况下，为了确定在冲旋条件下具有多少冲击能冲旋钻井的冲击系统可以看作由活塞(冲锤)一

6、量最终用于破碎岩石，冲击能量对牙齿吃深的贡献砧子(钻头)一岩石组成。冲击系统的效能主要体现以及反算冲击器应该输出多大冲击能量才能满足破在对岩石的破碎作用上，从能量利用的角度来说，期碎条件等，都需要知道系统的能量传递效率。因此，望由冲击器提供的冲击能量能最大程度地通过活需要建立合理的冲旋钻井系统能量传递模型，以求塞、冲锤、砧子和钻头传递给岩石，使岩石发生变形出系统的能量传递效率，以及冲击能量和钻头平均和破坏，即获得最大的能量传递效率。收稿日期：2009～09—18作者简介：王灿(1971一)，男，江苏盐城人，高级工程师，博士研究生，主要从

7、事钻井工艺的相关研究，E—mail：wangcan@cnpc·com．cna第39卷第3期王灿，等：冲旋钻井系统能量传递模型分析假设砧子(钻头)破碎岩石的动能和岩石变形破3系统动力学方程坏的位能是相等的。忽略冲锤下落的势能，定义冲击系统的能量传递效率为冲击系统破碎岩石所做的以钻头与岩石的界面为研究对象，对于岩石，其功与冲锤具有的初始动能的比值，用叩表示。假设作用和位移关系式为冲击系统对岩石所作的功全部转化为了岩石的变形F—K“十l，等+F，(警≥o)(2)和破坏，用每冲击1次钻头的最大吃深“。来表征，式中，K为岩石的加载刚度，N／m；J

8、为岩石的粘性则系统每冲击1次的能量传递效率为系数；F。为岩石的塑性极限阻力，N。W一一当K一0时，为粘塑性模型；当F一0时，为粘弹性模型；当J一0时，为弹塑性模型；当K一0，2F()dJ一oH~，为塑性模型