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本科生毕业设计（论文） 专业文献阅读报告 传统的绳索取心式液动锤缺点：上下一体式，口径小（钻孔直径D95mm，液动锤 直径d74mm），冲击功小（W30J）。而且冲击功要通过几米长的岩心外管传到钻头，冲击功损失大，传递效率低： （1） 式中：—冲锤产生的重力；G2—被冲击件的重力；k—冲击波损失系数，与冲击 传递距离，冲洗液密度与粘度有关。 从上面的式子可知：在G1一定情况下，被冲击部分重力及长度越大，越小。绳索取心液动锤的岩心管长度不超过3m，距正规绳索取心的8~9m还很大，使液动锤和绳索取心技术的高效性大打折扣。另外，当提取岩心时，液动锤部分也一并被提出孔外，做了一部分无用功。 针对以上所述，提出如下设想来解决传统的绳索取心式液动锤的不足：采用大口径贯通式液动锤，中间套绳索取心的“贯通式绳索取心液动锤”。 该复合钻具结构如图1所示。 绳索取心系统置于贯通式液动锤内，悬挂装置座于液动锤的上部台阶上，起悬挂和封隔作用，保证液流通过液动锤，其间可设一特定轴承使绳索取心系统不随液动锤转动。液动锤下部接专门设计的长寿命取心金刚石钻头或取心牙轮钻头。液动锤上部可用钻铤加压，钻铤适当位置设一绳索取心弹卡接头。 此设想有以下几个优点： 钻具结构简化，部件由SSC系列钻具的50多件减至20多件，增强了钻具的安全性。对钻杆要求低。绳索取心内管长度不受限制，岩心管可加长至8~9m，取心间隔长。冲击功直接作用于钻头，损失小，冲击钻进的优势得以发挥。结构和工艺合理。 总结：由于石油，地热，水文水井等钻孔直径D大于等于152mm，使得贯通式液动锤的结构空间成为可能。 液动锤又叫潜孔液动冲击器，由于它的结构和工作原理比较独特，所以具有结构简单，适用深孔硬岩钻进等优点，在水文水井，地热井，油气井以及科学钻探中都得到了良好的应用。但目前液动锤存在单次冲击能传递效率低，多依靠经验设计，工作不稳定等缺点，所以，本文从潜孔冲击锤产生的应力波入手，对应力波的传播过程和波在传播过程中能量传递效率的变化以及波在三维空间中的传播特征做一些分析，以便对潜孔冲击锤的设计提供一些使用理论。 钻探子工程是中国大陆科学钻探工程的核心与关键，是其他工程进行的基础和前提，是否能够孙里完成5000m科学钻探的施工，将直接影响中国大陆钻探工程的进度和其他目标的实现。为了使大陆科学钻探工程顺利进行，创造性地使用了“液动潜孔锤+螺杆马达+绳索取心”即“三合一”组合钻具。实践结果表明：液动锤钻进在中硬至坚硬岩层中的技术经济指标均优于常规回转钻进，并且利于防止孔斜和减轻岩心卡堵。 主要研究思路：详见图1.1。 冲击回转钻进的工作原理：液动冲击器安装在钻头和钻铤之间。钻进过程中，液动冲击器利用高压水或泥浆做为动力介质，推动冲击锤和活塞往复运动，连续不断地冲击钻头，它产生较高频率的冲击载荷直接作用于钻头，冲击功再以应力波（能量）的形式通过 钻头传递给岩石，通过钻头将冲击能量传递给岩石，对岩石产生冲击破碎作用，使岩石发生体积破碎。冲击器在井底岩石中产生的冲击力，其峰值大约在100s内可从零增加到几吨，几十吨，冲击频率可达0-50HZ及以上。这种冲击载荷远远超过了岩石的抗破碎强度，加上回转产生的剪切破岩作用，在井底形成以大的冲击载荷破岩为住，钻柱小的静压回转剪切破岩为辅的新的联合破岩方法，从而改善破岩效果，大大提高钻进速度。 液动潜孔锤在中国大陆科学钻探中起着非常大的作用： 很大程度的提高机械钻速 液动锤钻进与相邻的回转钻进比较可知，液动潜孔锤可以很大程度提高机械钻速，具体数据见表2.1。 液动潜孔锤与牙轮钻头配合使用效果表明，液动池与合理设计的牙轮钻头配合使用可以提高机械钻速。具体数据见表2.2。 大大提高回次进尺 使用螺杆马达+液动锤和单独使用螺杆马达的钻进效果比较可知，前者除了提高 速外还可以大大地提高回次进尺。具体数据比较见图2.1，图2.2及表2.3。 大大提高取心长度。 冲击回转钻进技术的应用前景很可观，主要表现在以下几方面： 有效提高硬岩钻速 防止硬岩及复杂地层钻井中的井斜问题 减缓钻头磨损，延长钻头寿命，减少钻具损坏，降低钻井成本 冲击回转钻进存在的主要难题 液动锤在大密度，高黏度条件下的工作性能及工作寿命； 液动锤在深孔高背压下的工作性能； 高温高压条件下液动锤的设计； 冲击功与牙轮钻头之间的合理匹配关系； 适合液动锤冲击载荷条件下工作的牙轮钻头的研发等。 单牙轮钻头的单次破碎岩石过程：所谓单次破碎岩石是指单齿圈在岩石表面转一圈的破岩过程。下面是一组具有代表性的测试曲线来分析其破岩过程，见图6.1。 重复破碎岩石的过程： 冲击锤锤体长度的优化设计： 上式