[發明專利]一種慣性約束牽連運動的誘導鉆進方法

有效

• 申請號: 201710997940.6
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107701100B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 陶亮;陶毅;于洋;陶炎午;陶冠合
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;西安漫垣機電設備有限公司
• 主分類號: E21B6/04
• 分類號: E21B6/04;E21B7/24;E21B12/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種慣性約束牽連運動的誘導鉆進方法。誘導鉆進的動力學模型中存在多種工況，誘導鉆進的動力學模型是靜力學模型。鉆進過程中的動力學模型包含了復雜的振動沖擊相互轉換的時間歷程。在誘導鉆進的動力學模型基礎上，根據輸入轉速和扭矩條件，進行慣性約束牽連運動的誘導鉆進。鉆頭啟動儲能T₀之后，在鉆頭連續勻速鉆進運動過程中，一旦遇阻誘導才能夠形成沖擊波阻斷、勢能釋放、約束緩沖和勢能補償的周期性振動沖擊，完成連續循環的誘導鉆進周期過程。本發明突破傳統靜力學設計理念，應用動力學設計原理的實現技術，具有自適應性強、鉆進沖擊平穩連續、鉆頭耐久性好和井眼質量保證的特點，鉆進無額外動力需求，經濟性好。

技術領域

本發明涉及石油鉆井和機械加工領域，具體是利用回轉體的系統轉動慣量及其動力學的交變沖擊響應，來實現連續穩定鉆井、鉆孔等的一種技術。

背景技術

石油鉆井和機械加工的過程中經常會鉆遇各向異性或硬質夾雜的材料，引起鉆進系統的脫壓、跳鉆、振動和沖擊等，嚴重影響了鉆進進度、加工質量和精度控制。隨著現代工業自動化技術的發展和深入，鉆井進度、加工質量和控制精度的技術要求與成本控制的矛盾日益突出，迫切需要一種能夠在惡劣工作環境下實現快速、耐久、高效、平穩鉆進加工的系統技術。

申請號為CN201610099208.2的發明創造中公開了一種吸震式高頻扭力沖擊器。該發明主要應用于石油鉆井技術領域，特別涉及一種吸震式高頻扭力沖擊器，包括鉆具主體，鉆具主體兩端分別設置進水口和出水口，進水口和出水口之間設置壓力切換裝置，壓力切換裝置外周安裝沖擊錘，沖擊錘與鉆具主體之間設置沖擊腔體，沖擊腔體進水口端設置沖擊腔體蓋，沖擊腔體末端和鉆具本體末端之間安裝扭力傳送接頭，沖擊腔體和扭力傳送接頭之間設置密封圈及吸震碟簧組。

申請號為CN201610177526.6的實用新型專利中公開了一種基于雙速變扭鉆頭的帶鉆柱的鉆深井執行機構，具體是一種基于雙速變扭鉆頭的帶鉆柱的鉆深井執行機構，包括鉆頭鉆柱、施壓支板、施壓電磁伸縮桿、連接結構、鉆頭、定位支架、第二定位機構、第一定位機構和鉆柱，其中鉆頭安裝在鉆頭鉆柱上，鉆頭鉆柱通過軸承安裝在施壓支板上，施壓電磁伸縮桿安裝在定位機構上；定位機構通過定位電磁伸縮桿調節定位機構上的定位接觸頭的徑向距離，保證了鉆柱位于井身中心線上，還能夠使定位機構相對于井身固定，為鉆頭的固定部分提供了安裝平臺；當鉆頭在施壓支板施壓下，鉆頭與定位機構之間的距離是變化的，連接結構具有傳動和長度可以伸縮的特性，能夠保證傳動的順利進行。該發明沖擊頻率較其它鉆具至少提升1倍，來自鉆柱的軸向震動被安裝在鉆具底部的碟簧組吸收，更加全面的保護了PDC鉆頭的切削齒，鉆具結構簡單，不易損原件，壽命長，制造成本低。

申請號為CN201511028393.8的發明創造中公開了一種氣驅液自循環的氣體鉆井螺桿鉆具。該發明用于氣體鉆井技術鉆定向井、水平井和大斜度井，利用氣驅液自循環，能夠平穩輸出扭矩的氣體鉆井螺桿鉆具；包括從上至下依次連接的馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成。氣體鉆井時，利用地面注入的高壓氣體推動活塞高速往復運動，驅動螺桿內部不可壓縮液體實現自循環運動，將壓力能轉化為機械能，使液體推動轉子轉動，通過萬向軸和傳動軸輸出平穩和足夠大的扭矩給鉆頭，從而實現氣體鉆井定向鉆進作業。該發明具有平穩輸出扭矩、延長鉆具使用壽命的效能。

上述鉆具都具有較好鉆井提速的應用效果，但是需要泥漿泵的動力支援，一方面能耗較大；另一方面對于深井或鉆孔鉆進力不從心。上述文獻數據檢索，慣性系統主要應用于飛行控制和慣性導航上，未見到應用慣性系統鉆進的報道。

發明內容

為克服現有技術中存在的需要流體動力支援和深孔鉆進末端控制的不足，本發明提出了一種慣性約束牽連運動的誘導鉆進方法。

本發明的具體過程是：

步驟1，誘導鉆進的模型選型：

所確定的誘導鉆進模型選型能夠通過扭轉彈簧將慣性齒圈與行星架連接；