空气潜孔锤反循环钻头试验研究

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1、空气潜孔锤反循环钻头试验研究黄勇，殷琨，博坤，朱丽红（吉林大学，吉林长春130026）摘要：介绍了空气潜孔锤反循环钻进技术，针对反循环钻具中的钻头做了系统研究。空气潜孔锤反循环钻进技术是集欠平衡钻进、冲击回转钻进、潜孔锤反循环钻进三种钻进技术于一身的先进的钻进工艺，在矿产开采方面已经成功应用。首次将引射原理应用到钻头结构设计上，根据引射角度不同设计出两种不同类型的反循环钻头，并运用FLUENT流体工程仿真软件对设计的钻头分别进行数值模拟，以获得最优反循环钻头结构。对加工出的引射装置进行试验研究，试验数据与仿真结果比较，二者基本吻合，验证了仿真技术的可靠性。

2、最后确定了适合空气潜孔锤反循环钻井使用的最佳反循环钻头结构，为其进一步应用开拓了广泛的空间。关键词：空气潜孔锤，反循环钻头，试验研究中图分类号：P634.4+1文献标识码：A空气钻井作为一种特殊的欠平衡钻井钻进技术于一身的先进钻进工艺，在矿产开技术[1]采方面已经成功应用。目前正在研究其钻进，具有钻速高、成本低、环保性好等优势，在国内外得到越来越广泛的应用。但其工艺原理及其对应的钻进机具，使其应用到循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻石油勘探开发方面。空气潜孔锤反循环钻进井参数的合理配置与气体正循环钻井方式技术工艺原理[2]见图1。相比有着很大的区别。国

3、内外关于气体反空压机供给压缩空气由双通道气水龙循环钻井技术和机械研究都还处于不成熟头2右侧的进气胶管4进入，经水龙头2阶段，因此对气体反循环钻井技术进行系及双壁钻杆的内外管间环状间隙到达潜孔统的研究，从而设计出优质的配套钻进机锤的上接头，推开逆止阀6经由内缸8侧械是十分重要的课题。本文结合空气潜孔面流向进气孔进入潜孔锤的前后气室，推锤反循环钻进技术对反循环钻头结构做了动活塞冲锤9作往返冲击运动，冲击应力结构优化设计。波经过反循环钻头11上的柱齿合金体破碎岩石，高速钻进成孔。驱动活塞做功后的1空气潜孔锤反循环钻进技术废气经活塞9与心管7之间的环状通道排1.1

4、空气潜孔锤反循环钻进原理至钻头1上部的环形空间，再经钻头11花空气潜孔锤反循环钻进技术是集欠平衡键与花键槽之间的通道通过钻头上的排气钻进、冲击回转钻进、潜孔锤反循环钻进三种孔排出。项目名称：四川石油钻井工艺技术研究院项目“空气反循环钻井系统可行性研究”项目编号：2006220100003435作者简介：黄勇（1981—），男，吉林省吉林市人，吉林大学在读硕士研究生，从事地质工程方面研究。凿岩机械气动工具，2009（1）23出，孔口处于安定和静止状态，故孔口无污染，利于环境保护和操作人员健康。322改进后的反循环钻头1进气2.1改进钻头的必要性空气钻井反循环

5、钻头结构形式优化设计4对于空气反循环钻井工艺有着重要的意义。在球齿外出刃一定的前提下，反循环钻5头体与孔壁间的环状间隙的面积随着反循环钻头外径的增大而迅速增大，过流断面面积的增大使得外环间隙的阻力小，当压缩空气经底喷孔排出后，在孔底形成漫流6和反射，部分气体会从外环间隙上返，不利7于形成良好的反循环。故要求对反循环钻8头结构进行优化设计，以保证反循环的正9常形成。102.2改进后钻头工作原理11在现有的反循环钻头结构基础上,增加引射器装置（见图2）。引射器由工作喷嘴、接图1空气潜孔锤反循环钻井工艺原理121.排心管2.双通道气水龙头3.鹅颈弯管34.进气胶

6、管5.双壁钻杆6.逆止阀7.心管8.内缸9.活塞10.衬套11.反循环专用钻头1.2空气潜孔锤反循环钻进特点4空气潜孔锤反循环作为一项多工艺空气钻进技术，具有下列特点：（1）空气潜孔锤的动力介质为压缩空气，115由于其压缩性和膨胀性，使活塞运动的冲击末速度可达到上限值（8-10m/s），冲击能量6大，钻孔速度高，较常规钻进方法的钻速提高5倍以上；（2）潜孔锤反循环钻进使驱动潜孔锤工7作所需要的压缩空气流量与孔底排渣屑所需8气量统一，供气量满足潜孔锤工作需求的同时也完全满足排屑需求，因钻具的中心通道109是通过计算等确定的，并且计算值远大于排图2改进后反循环

7、钻头图渣屑所需最低的上返风速；1.卸压槽2.密封槽3.卡槽4.花键3)该项技术中由钻孔内排出的流体介质5.中心通道6.喷射孔7.密封环槽全部经双通道水龙头的鹅颈弯管和排渣管排8.渐扩槽9.偏心孔10.柱齿11.内喷射孔24凿岩机械气动工具，2009（1）受室、混合室及扩散室等部件组成。进入装=-荦ρ+荦τ置前，压力较高的工作流体以高速从喷嘴流ρhDp能量方程：坠軈軈+荦（ρUh）=-荦q+准出，进入接受室，在射流的紊动扩散作用下，坠tDt卷吸周围流体而发生动量交换。由于卷吸作在引射结构侧壁上均布6个直径为5用，在中心孔道内形成负压区，进入中心孔内mm的孔，

8、通过SolidWorks建立引射结构内的岩屑在上下压力差的作用下得