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冲旋钻井过程入射波形与能量传递效率关系研究
第 1期 机械设计 与制造
2016年 1月 Machinery Design Manufacture 43
冲旋钻井过程入射波形与能量传递效率关系研究
安辉樊，军蒋龙
(新疆大学 机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047)
摘 要：冲旋钻井技术在石油钻井过程中应用广泛，如何提高钻井效率是关键问题。钻井效率与能量传递效率有直接关
系，而决定冲击机械能量传递效率的因素中理想入射波形起决定性作用。针对如何使能量传递效率最大化的问题，即如
何获得理想入射波形问题，分析了冲击旋转钻井破岩过程 ，将冲击器冲击系统简化为一维模型，用线性分段函数图像简
化钻头与岩石的相互作用；基于中击系统力学模型建立钻头与岩石相互作用的控制方程，引入无量纲参数 口，推导出了使
破岩效率最大化的理想入射波形表达式；详细对比分析了不同增长率下应力波形的破岩效率，得出了能量传递效率与理
想入射波形的对应关系，根据所得理想入射波形为冲击钻具设计和现场作业提供了理论依据。
关键词：冲击旋转钻井；理想入射波形；能量传递效率；波动力学
中图分类号：TH16；TH123 文献标识码：A 文章编号：1001—3997(2016)01—0043—04
StudyonRelationshipBetweenIncidentWaveShapeandEnergyTransfer
EfficiencyinRotary-PercussiveRockDriIlingProcess
ANHui—fan，JUNJiang-long
(SchoolofMechanicalEngineering，Xi~iangUniversity，Xi~iangUrumqi830047，China)
Abstract：Rotary-percussive rock drillingtechnology iswidely used in oildrillingprocess，how to improve the drilling
efficiencysianimponnatproblemneedstobeconsidered．Thedrillingefficiencysirelatedtotheenergytransferefficiency，
andtheidealincidentwaveplaysadecisiveroleintheeneryg transferefficiencyofimpactmachine．Inordertosolvethe
questionhowtomaximizetheeneryg transferefficiency，nadhowtoobtainidealincidentwave，analyzestheprocessofrotary—
percussiverockdrilling．A 1Dmodelsiusedforthepercussivesystem，andthebit一，0lc interactionisrepresentedbya
piecewsielinearfunctionimage．Controlequationsofbit—rockinteractionbasedonthe1Dmo delsiestablished，dimensionless
praameters isintroduced，nadufnctionalexpressingthedependenceoftheefficiencyontheincidentwaveisderivedand
mxaimzied；compraedtheefficiency dfiferentwaveshapewithdfiferent?growthrate，andtherelationshipbetweenideal
incidentwcwenadeneryg transferefficiencysiobtained，providingtheoreticalbassifo
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