金剛石復(fù)合片無芯鉆頭沖擊破巖技術(shù)的理論分析

發(fā)布時(shí)間：

2021-12-03

金剛石復(fù)合片無芯鉆頭沖擊破巖技術(shù)的理論分析

金剛石復(fù)合片無芯鉆頭沖擊破巖技術(shù)主要包括軸向沖擊和扭轉(zhuǎn)沖擊2個(gè)方面,其特點(diǎn)就是將軸向沖擊和扭轉(zhuǎn)沖擊組合，利用硬巖脆性大、不耐沖擊的弱點(diǎn)，將傳統(tǒng)的剪切碎巖變?yōu)闆_擊+剪切碎巖，以實(shí)現(xiàn)提高破巖效率的目的。
金剛石復(fù)合片無芯鉆頭進(jìn)行沖擊預(yù)破碎,形成破碎坑,隨后通過扭轉(zhuǎn)沖擊模塊增加螺桿馬達(dá)的扭矩輸出，對(duì)軸向沖擊形成的破碎坑進(jìn)行切削，同時(shí)扭轉(zhuǎn)沖擊亦起到平衡鉆桿圓周方向的粘滑振動(dòng)、降低金剛石復(fù)合片無芯鉆頭周向扭矩積聚、提高金剛石復(fù)合片無芯鉆頭壽命的作用，最終實(shí)現(xiàn)鉆頭持續(xù)的轉(zhuǎn)矩輸人和高頻的軸向沖擊破巖,從而提高鉆頭破巖效率。
軸向沖擊與扭轉(zhuǎn)沖擊配合完成了金剛石復(fù)合片無芯鉆頭的井底破巖，因此，這2種沖擊類型的頻率是影響破巖效率的主要因素。若假設(shè)鉆桿周向粘滑振動(dòng)頻率為f，沖擊器施加的軸向沖擊頻率為f，扭轉(zhuǎn)沖擊頻率為f。理想情況下是沖擊器的扭轉(zhuǎn)沖擊頻率能完全抵消鉆桿的粘滑振動(dòng)頻率，且沖擊器的軸向沖擊頻率既要滿足鉆頭牙齒沖擊破碎巖石時(shí)完全覆蓋井底，又不會(huì)造成巖屑在井底的重復(fù)破碎,其中齒距離鉆頭中心的距離、軸向沖擊速度、金剛石復(fù)合片無芯鉆頭的角速度。在真實(shí)鉆井過程中，鉆桿粘滑振動(dòng)頻率與巖石性質(zhì)、巖石埋深、孔深等因素有關(guān)，唯一可控參數(shù)是沖擊器的軸向沖擊頻率和扭轉(zhuǎn)沖擊頻率，因此，可通過調(diào)整沖擊器的沖擊頻率，以達(dá)到理想的破巖狀態(tài)。