液动扭力冲击器波动力学分析及实验研究

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我国的石油钻探历史已有百年历史,深井超深井的勘探开发已经成为一种新常态,钻井难度日益增大,钻探成本日益增高。液动冲击旋转钻井工具具有结构简单、工作寿命长、能有效提高破岩效率等优点,目前已经成为深井钻进较为常用的工具。传统的液动冲击钻井工具虽然能加快破岩效率,但是不能消除粘滑现象,钻井质量也有待提高。目前由美国阿拉特拉公司生产的TorkBuster扭力冲击器能产生高频稳定的扭矩脉冲,能有效减少井斜和钻柱粘滑现象,提高钻井质量,井下测试表明钻井效率提高约一倍。  本文以液动扭力冲击器冲击系统为研究对象,通过波动力学建模及分析,对其能量传递效率及参数优化进行研究,为其结构优化提供参考。主要工作包括:根据扭力冲击器工作原理及结构特点建立其冲击系统波动力学模型;根据系统的波动力学模型分析冲锤与冲杆界面、钻头与工作介质界面的应力波传递情况;根据应力波的传递情况推导能量传递效率与入射波反射波的关系,运用MATLAB对能量传递效率关系式数学分析,结合实际情况分析冲击系统的最优应力波形;通过系统的最优应力波形对冲击系统的冲锤等部件进行参数优化;最后,设计冲击系统的冲击试验台,测试不同波阻比情况下冲击系统的应力波形,验证前文理论的正确性。
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