为了研究深井、超深井硬地层中高频振动冲击钻井的破岩机理及破岩效果，基于机械振动原理，建立了高频振动激励下有限深度范围内岩石稳态振动响应的幅频特性模型，分析了井底岩石的响应特点。

　　结果证明:谐振冲击钻井时,谐振激励能大大提高岩石的振动幅度,促进岩石破碎,进而提高钻进速度。共振破岩是未来钻井技术发展的重要方向之一。研究谐振激励下钻头的冲击破岩机理,是共振钻井破岩技术实用化、现场化所必须解决的基础问题。

　　为了解决PDC钻头钻遇硬地层时出现的机械钻速低、钻头粘滑振动失效快等问题，提出了PDC钻头复合冲击钻井破岩新技术，并对该技术的提速机理进行了研究。

　　同时超声波振动短节带动钻头做旋转运动，使钻头同步实现旋转切削破岩和轴向高频振动冲击破岩，从而达到大幅提高深部硬地层机械钻速的目的。 12 破岩机理 1) 周期性高频冲击破碎岩石。

　　轴向冲击的冲击功相对较小,因为当冲击频率超过某一数值时,会对冲击器的寿命造成影响,因此提高机械钻速的幅度并不大;扭转冲击钻井在破岩效率方面比较高,但在钻遇高研磨性地层的时候,要求钻头与冲击器之间的匹配程度要高。 因此可以充分结合它们的优点,形成一种新的钻井技术——复合冲击钻井技术,它可以抑制甚至消除钻头在钻井过程中出现的粘滑振动,减少跳钻

　　由以上分析可知，复合冲击钻井的主要提速机理为：静压使岩石产生预损伤，单向轴向冲击载荷使岩石产生足够的开裂区和切削深度，扭转冲击能克服切削齿前端由于轴向冲击增加而产生的阻抗扭矩，避免由于切削深度的突增造成钻头阻抗扭矩的突增，从而避免

　　旋冲钻井技术由于其具有提 高硬地层钻进效率、降低定向钻进中黏滑振动以及提高钻压传递效率等优点而得到认可，但旋冲钻井技术的破岩提速机理尚不够 明晰，且与冲击器配合的钻头使用寿命尚达不到工业要 …

　　复合冲击钻井破岩机理分析表明，当冲击频率适中时，在轴向冲击的作用下岩石会形成相连的破碎坑，破碎坑之间“残留”的脊部在扭转切削作用下被 切除，容易破碎形成坑穴和产生剪切体，有利于岩石产生体积破碎。 复合冲击钻具的结构及工作原理 基本结构

　　PDC钻头的破岩机理 4 PDC钻头的正确使用 PDC钻头主要以切削方式破碎岩石 PDC钻头适用于均质地层 ，不 切削刃在钻压作用下吃入地层，刃前 适合钻软硬交错地层、砾石层和 岩石在旋转力作用下发生剪切破坏。

　　本文的研究内容主要包括： (1)结合现有关于粘滑振动的研究及现场钻井中有关粘滑振动的案例,揭示深部硬地层粘滑振动对钻进过程的影响。 (2)进行钻头与岩石的非线性接触分析以及岩石损伤分析,探索钻头与岩石的相互作用机制；通过研究钻头的破岩过程得到粘滑振动的产生机理；通过进行钻头破岩仿真分析和粘滑振动的作用规律研究,得到粘滑振动的作用机理。 (3)将

　　复合冲击钻具需要安装在近钻头处，以钻井液为驱动介质将冲击功均匀连续地传递给钻头，给钻头提供额外的破岩能量，使钻头持续稳定地切削岩石，起到辅助破岩的效果，同时降低钻柱和井壁之间 …

　　该钻具可将流体的液压能转换成工具扭向和轴向交替的高频冲击机械能并直接传递给钻头，给钻头施加周期性的低幅高频复合式冲击，在不需要改变任何设备的前提下提高破岩效率。在介绍复合冲击破岩钻井新技术破岩原理的基础上，详细介绍了复合冲击钻具的

　　库车坳陷岩石抗钻特性及扭转冲击破岩机理研究 【摘要】： 随着油气勘探的不断深入,深层油气资源已成为当今各大油田增储上产的重点,塔里木油田勘探开发战略目标也转向了地质复杂且开采难度大的深层油气藏。 但由于深部地层油气藏钻井存在地质条件复杂

　　摘要 旋转冲击钻井是当前钻进深井硬地层应用较多且效果显著的一种高效破岩技术。 笔者基于振动学理论，在考虑岩石重力的情况下，建立钻头冲击载荷下岩石振动响应的数学模型，采用重整化方法对其求解，利用软件分析各参数对钻头高频冲击下岩石

　　超声波高频旋冲钻井技术破岩机理研究 摘要 采用传统钻井技术钻进深部硬地层时机械钻速低，严重影响了深层和超深层油气的勘探开发进程，因此，将超声波破岩技术和传统旋转破岩技术相结合，提出了超声波高频旋冲破岩钻井技术，设计了可实现超声波高频旋冲钻井的超声波振动短节。 基于岩石力学理论，分析了超声波高频旋冲破岩机理，并建立了高频冲击钻进模型

　　传递效率 摘要: PDC 钻头是超深井硬地层主要的破岩工具。 由于黏滑振动引发的PDC 钻头过早失效是造成超深井钻井成本增加的一个重要因素。 本文针对PDC 钻头的黏滑振动效应，理论分析了黏滑振动机理，建立了PDC 钻头黏滑振动系统的力学模型， 并用高频低幅扭转冲击器及优化钻头结构的方式来消除钻头的黏滑振动。 研究结果表明：PDC 钻头长度越长，能量衰减越快

　　结果表明,高频扭转冲击钻进硬地层时拉应力与压应力区域交叉出现且以拉应力为主,拉应力破岩大大提高了钻头的机械钻速;高频扭转冲击钻进有效地减弱了硬地层中钻头处的粘滑振动,大大地提高了钻头的破岩效率。

　　（4）高效破岩技术研究 该研究方向主要内容为:开展颗粒冲击钻井技术研究，建立颗粒冲击钻井的模拟实验装置；开展共振钻井技术的理论分析，建立超声波共振辅助破岩的实验装置。 三、研究团队情况 学术带头人闫铁教授为我国知名的油气钻井专家。

　　引用本文: 张强1,2,3 索江伟1王海舰1 孙国庆1 孙赫威1 基于的凿岩机钻头破岩数值模拟分析 振动与冲击, , 37(1): 136-141

　　扭转冲击作用下PDC切削齿破岩数值模拟研究 【摘要】： PDC钻头由于钻速高、寿命长、设计灵活等特点,而被广泛运用于地质钻探开发中。 扭转冲击钻井技术的诞生扩大了PDC钻头的岩性适用范围,该技术可有效消除PDC钻头在钻进硬地层中的粘滑振动现象,提高破岩米博体育 米博官网