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涡轮钻具及PDC钻头联合工作性能试验分析_论文

长 江 大 学 学 报 ( 然 科 学 版 ) 理 工  21 年 1 第 9 第 1 自 02 月 卷 期  Jun l f a gz  nvri ( a c E i Si n  J n2 1 ,Vo.  o 1 o ra o  n te i s y N t i dt c&E g a. 0 2   Y U e t S  ) 19N .  d i 0 3 6 /.sn 1 7 —4 9 2 1 . 1 0 2 o :1 . 9 9 ji . 6 31 0 . 0 2 0 . 4  s 涡轮钻具及 P DC钻 头 联 合 工 作性 能 试 验分 析  张  强 ,李 燕 青 ,易 发 全  ( 长江大学机械工程学院, 荆州 442) 湖北 3 3 0   [ 要 ] 涡 轮 钻 具 是 一 种 有 效 的 钻 井 工 具 。 但是 ,仅 有性 能 良好 的 涡 轮 钻 具 而 没 有 与 之 配 套 的 钻 井 工 艺技  摘 术 ,会 导致 涡 轮钻 具 的应 用 受到 限制 ,使 涡轮 钻 具 的优 越 性 得 不 到 充 分 发 挥 。 在 试 验 和 理 论 分 析 的 基 础  上 ,进 行 了涡 轮钻 具及 P C 钻 头 联 合 工 作 性 能 研 究 ,建 立 了钻 压 与 涡 轮 转 速 关 系 , 回 归 出 试 验 钻 头 、 试  D 验 岩 石在 不 同 泥 浆 密度 和粘 度 下 钻压 与 涡 轮 转 速 关 系 的 计 算 式 , 对 指 导 涡 轮 钻 具 的应 用 ,加 快 勘 探 速 度 ,   降低 勘 探 成 本 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。   [ 键 词 ] 涡轮 钻 具 ;P C钻 头 ;钻 速 ;钻 压  关 D [ 中国 分 类 号 ] T 9 1 1 1 E 2 .0  [ 献标识码]A 文   [ 文章 编 号 ] 1 7 63—10 (0 2 O N1 0 4 4 9 2 1 ) 1一 3 一o  涡轮钻 具 的钻进 行 为与钻 头一 岩石 相互作 用 规律密 切 相关 。P DC钻 头 在不 同 种类 岩石 上 钻进 时 所 表  现 出的钻 压一 扭矩 一 机械 钻速 之 间的相互 关 系 ,对 于优选 涡 轮钻井 参数有 重要 的意 义 。为此 ,笔 者在 钻 头  实验 架上 ,利 用 8 i   n和 1  i P C钻 头分 别 对 2种 典 型 岩样— — 嘉 陵江 石 灰岩 ( 地 层 ) 和须 家 河  2 n D   硬 砂岩 ( 中硬地 层 )进行 钻进 ,通 过 2 规格 的钻 头在 2种典 型岩 石上 的钻进 规律进 行 对 比试 验 ,以了解  种 涡 轮钻具 及 P DC钻 头联合 工作 性能 。   1 试 验 部 分    1 1 试 验 装 置  . 试 验装 置 为 3 t 头 实 验 架 ,其 相 关 参 数 为 :钻 压 范 围 2 3 t 0钻 ~ 0 ;转 速 范 围 0 0 rmi;无 级 调  ~2 0 / n 速 ;钻 头钻 进 的最大 行程 10 mm。实 验架在 垂 直钻进 的工况 下所 测量 的参 数有 钻 头钻 压 、扭 矩 、机 械  20 钻 速 、钻头 转 速等 。   12 钻进 试 验参数  . 钻进试 验 参数具 体 内容 如 下 :① 钻 头 转 速 。定 转 速 试 验 时 为 6 r mi ;变 转 速 试 验 时分 别 取 6 、 0/ n 0  1 0 8 rmi。② 钻压 分别 为 2 、4 、6 2 、10 / n 、3 、5 、7和 8 ,根 据试 验结 果进行 加 密补充 。 t   1 3 试 验原 理  . 钻进 试验 时 ,位移 传感 器与 钻杆一 起 在垂直 方 向联动 ,测量 钻头 的钻进 深度 。测 量接 头是 一 只 自制  的压 力 和扭矩 传感 器 。钻头 旋转 钻进 岩石 ,测量 接头 输 出电压信 号 ,传输 到应 变仪 和计算 机 。计算机 对  所 有 的信号 高速 采集 ,并计 算 出与信 号对 应 的钻 压 、扭矩 、进 尺和 时间 ,由进 尺与钻 进 时间计 算得 到机  械 钻速 。   2 结果 与 分析  2 1 涡轮 钻具 工作 转速 与钻 压的 关 系  .  涡轮 钻具将 钻井 液 的能量 转化 为钻具 主轴旋转 的机 械能 ,驱 动井底 钻头 破碎 岩石 ,其工 作行 为涉 及  2方面 的 内容 :① 钻 头及岩 石相 互作 用规 律 ,主要涉 及 到钻头 和 岩石 的种 类 、钻 压 、转速 、扭 矩 、机 械  钻速 等 因素 的关 系 ;② 涡轮 钻具 自身 的机械 性能 ,主要 涉及 涡轮 钻具 的输 出扭矩 、转 速 、压力 降 、介 质  流量 等参 数 以及不 同工 作介 质 ( 即不 同性 能 的钻 井液 )对 上述参 数 的影 响规律 。   [ 收稿日期 ]2 1 —1 0 1 2—2  5 [ 基金项目]国家油气重大专 (01X53) 项 21Z 0O6。   [ 者简介]张强 (94 ) 作 1 6 一 ,男 ,1 8 9 4年 大 学 毕业 ,硕 士 ,副 教 授 ,现 主 要从 事机 械 设 计 及 理 论 方 面 的 教 学 与 研 究 工作 。   第 9卷 第 1期  张 强 等 :涡 轮 钻 具 及 P C钻 头 联 合 工 作 性 能 试 验 分 析  D ?1 1     3 ? 在 涡 轮钻 具实 际钻 进作 业 中 ,钻井 液通 过 涡轮 的定 、转 子 叶 片发 生能 量转 换 ,使 涡轮 主轴 获得 旋转  动 力 ;在钻 压 的作 用下 ,钻 头 破碎 井底 岩石 ,与此 同时井底 岩 石对 钻 头产 生大 小相 同、方 向相 反 的阻力  矩 。钻 头 上 的阻力 矩应 始终 与 涡轮 钻具 的输 出扭 矩 相 平 衡