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石油机械
２０２４年第５２卷第４期ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＭＥＵＡＭＣＨＩＮＥＲＹ—４９—
◀钻井技术与装备▶
冲击螺杆钻具结构设计与参数优化∗
李军张鹏翔汪伟查春青
姜华１ꎬ２１３４４
(１ခ中国石油大学(北京)石油工程学院２ခ中石化华东石油工程有限公司
３ခ中石油西部钻探吐哈钻井公司４ခ北京工业大学材料与制造学部)
－
姜华ꎬ李军ꎬ张鹏翔ꎬ等.冲击螺杆钻具结构设计与参数优化[Ｊ].石油机械ꎬ２０２４ꎬ５２(４):４９５５.
ＪｉａｎｇＨｕａꎬＬｉＪｕｎꎬＺｈａｎｇＰｅｎｇｘｉａｎｇꎬｅｔａｌ.ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎＰＤＭｄｒｉｌｌ
－
[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬ２０２４ꎬ５２(４):４９５５.
摘要:为了高效钻进硬岩地层ꎬ将螺杆钻具的大扭矩与轴向冲击工具的高频低幅冲击特性相
结合ꎬ研制了一种冲击螺杆钻具ꎮ在工具结构原理讨论的基础上ꎬ建立了轴向冲击短节的冲锤运
动控制方程ꎬ分析了冲锤的运动特性ꎬ并以工具冲击功和最大能量利用率为评价指标ꎬ采用正交
试验方法对主要工具结构参数进行了优化研究ꎮ研究结果表明:冲锤往复运动过程为加速度逐渐
减小的非线性加速运动ꎬ节流喷嘴直径和冲锤运动行程是影响冲击功的主要因素ꎬ而冲锤质量、
承压面积和腔体通孔面积是次要因素ꎮ节流喷嘴直径和冲锤承压面积是影响最大能量利用率的主
要因素ꎻ而冲锤运动行程、冲锤质量和腔体通孔面积是次要因素ꎮ所得结论可为对冲击螺杆钻具
的进一步优化设计和现场应用提供参考ꎮ
关键词:冲击螺杆钻具ꎻ运动特性ꎻ正交试验ꎻ冲击功ꎻ最大能量利用率
－
中图分类号:ＴＥ９２１文献标识码:ＡＤＯＩ１０ခ:１６０/ｊ８ခｃｎ２ｋｉｓｓｎခｉခ１００１４５７８２０２４ခခ０４ခ００７
ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＰａｒａｍｅｔｅｒＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＰｅｒｃｕｓｓｉｏｎＰＤＭＤｒｉｌｌ
ＪｉａｎｇＨｕａＬｉＪｕｎＺｈａｎｇＰｅｎｇｘｉａｎｇＷａｎｇＷｅｉＺｈａＣｈｕｎｑｉｎｇ
１ꎬ２１３４４
(１ခＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ(Ｂｅｉ)ｊꎻｉｎｇ２ခＳｉｎｏｐｅｃＥａｓｔＣｈｉｎａＯｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ
Ｌｉｍｉｔｅｄꎻ３ခＴｕｈａＤｒｉｌｌｉｎｇＣｏｍｐａｎｙｏｆＸＤＥꎻＣ４ခＦａｃｕｌｔｙｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬＢｅｉｊＵｎｉｉｎｇｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｄｒｉｌｌｉｎｔｏｈａｒｄｒｏｃｆｏｒｍａｔｉｏｎｓꎬｋａｐｅｒｃｕｓｓｉｏｎＰＤＭｄｒｉｌｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙ
ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｔｏｒｏｆｑＰＤＭｕｅｄｒｉｌｌｗｉｔｈｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｌｏａｍｐｌｉｔｕｄｅｗｉｍｐａｃｔｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆａｘｉａｌｐｅｒｃｕｓ￣
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