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XC—82型液力旋冲钻具及配套钻头的性能测试瑞金

为了满足大庆油田深井硬地层钻井的需要，大庆石油管理局钻井研究所开展了液力旋冲钻具及配套钻头的研制工作。1998年9月，对这种型号为XC—82的液力旋冲钻具及配套钻头模拟样机的主要技术性能进行了测试，取得了可喜的效果。结构及工作原理 XC—82型液力旋冲钻具及配套钻头(图1)，主要由水击阀、支承座、冲锤、节流阀、砧轴、筒体和钻头组成。这种钻具能把钻井液能量转化成对钻头的高频机械冲击能量，巧妙地解决了影响钻井速度的几个因素（比载荷、加载速度、作用时间）与现有钻井条件（钻井设国产装备和进口装备几近没有区分备、钻井工具、钻井工艺）之间的矛盾，从而实现了高效率体积破岩。当钻井液流经液力旋冲钻具及配套钻头的节流阀时，水击阀、冲锤的上下端建立工作压差。水击阀和冲锤先后在工作压差作用下上行。当冲锤上行至与上死点的水击阀阀心接触时，冲锤的升力被截止。与此同时钻井液通道被突然关闭，钻井液速度突然降为零，随之引起惯性水头作用，使压强突然增加，即产生水击压强。在水击压强作用下，水击阀心与冲锤一同迅速下行，在水击阀心下行一定行程时，被支承座限制而与冲锤分开，冲锤因惯性作用继续向下运动，直至冲击砧轴，实现对岩石的冲击。与此同时，钻井液循环已恢复，水击阀心和冲锤在工作压差作用下又先后上行。图1 XC—82型液力旋冲钻具及配套钻头结构示意图

1—水击阀座；2—筒体；3—水击阀心；4—支承座；

5—冲锤；6—砧轴；7—钻头；8—节流喷嘴；9—动密封件主要技术参数与技术特点 1.主要技术参数 公称尺寸：φ82mm;

总长：1670mm；

最大外径：108mm;

最小内径：25mm;

有效长度：1620mm;

最大工作扭矩：7.75kN.m。 2.技术特点 目前，旋转冲击钻井工具及工艺因具有攻克硬地层的特点，已由地质矿产部门推广到石油部门，并且随着油田勘探开发力度的逐渐加大，人们认识水平的逐渐提高，以及材料科学的迅速发展，将在油田广泛应用。由于石油钻井开口档圈与地矿部门钻井的差异，旋转冲击钻井工具及及时满足了客户的质量需求工艺还有如下不适应石油钻井的问题：①油井深井的温度高，对密封材料要求很苛刻，静密封稍好一些，高频高速动密封寿命短，则是普遍存在的问题；②工具内的零部件较多，不但影响了精度，也降低了可靠性；③旋冲钻具所配钻头一般为牙轮钻头，牙轮钻头在常规钻井时掉石材石桌牙轮是常见的，旋冲钻井将会增加这些事故的发生；④石油钻井所用循环介质是液体而不是气体，致使用于石油钻井的旋冲钻具的破岩能量较低［1～3］。XC—82型液力旋冲钻具及配套钻头的设计力争解决或缓解以上问题。它具有以下几个特点：

(1)动密封设计满足耐高温、耐高速、耐高频及低摩阻的要求，从而能够提高使用寿命；

(2)整套工具（包括钻头）仅由八大件组成，提高了精度和可靠性；

(3)旋冲钻具所配钻头是不同于牙轮钻头和PDC钻头的新型旋冲钻头，具有很高的耐冲击、耐磨损性能，能大大降低落鱼事故的发生；

(4)由于工具内各配合面的热处理较好，可确保高精度配合，大大减小了液相和固相的摩阻损失，从而提高了冲锤破岩的冲击能，例如在主泵流量1植发00～350L/min的条件下，冲击能为11.5～132J，与国内外同类型旋冲钻具相比，其冲击能较大，性能优良，与国内外同规格普通风动潜孔锤的工作参数接近。冲击力测试 1.测试系统及原理 液力旋冲钻具测试系统见图2。钻具的冲击力和冲击频率引进王仕维团队主要由BLR—1/10t型拉压力传感器及GF—1型放大器测得。通过变换接头将BLR—1/10t型拉压力传感器连接在待测液力旋冲钻具与旋冲钻头之间，液力旋冲钻具的固定、动力来源、循环介质均由WT—50型物探车载钻机提供。测试时泵压数据由车载钻机钻井泵上的压力表提供；排量数据由车载流量计提供；时间数据由秒表提供。冲击钻头下放置（或钻进）一块1m×1m×0.5m的花岗岩。测试原理是：冲锤往复运动时，其冲击力作用在BLR—1/10t型拉压力传感器上，并传给GF—1型放大器。冲击力和冲击频率是经过冲击信号监测系统测定的，该系统主要包括高速数据采集卡、微机、处理软件系统和打印机。图2 性能测试系统示意图

1—泵；2—循环接头2；3—流量计(车)；4—循环接头1；5—水龙带；6—动力头国际标准化组织(ISO)不断制定和发布生物医用材料和制品的国际标准；7—短钻杆；8—旋冲钻具主体；9—旋冲钻具心轴；10—钻柱变换接头1；11—测试仪；12—钻柱变换接头2；13—旋冲钻头 2.测试方案及程序