振荡螺杆钻具的关键结构优化与试验研究

针对水平井钻井托压导致的机械钻速低与钻头磨损的问题,研制了振荡螺杆钻具以应对该技术难题。通过数值仿真方法,研究了动阀片位于0°~360°不同旋转位置时,振荡螺杆内部流体的速度和压力分布规律以及旋转角度与阀孔半径对静阀片进出口压降和阀片之间有效过流面积的影响规律,对阀孔内径尺寸进行优化设计;利用振荡螺杆整机试验系统对其压降和过流面积等关键性能参数进行测试,在焦页81-9HF井对样机的使用效果进行了现场测试。结果表明:压降和过流面积曲线以45°为一个周期循环,在0°~360°范围内的总体形态为“波浪形”;阀孔半径为18.5 mm时静阀片进出口压降最大且阀孔通道的过流面积大小适中,产生的振荡力最大且流速不会太低而影响振荡力的传递效果;室内测试的压降、频率与振荡力结果论证了优化结构的可靠性;现场测试表明振荡螺杆可以减小钻头和提速工具的磨损,同时还可以提升钻进效率。该研究可以为振荡螺杆的结构优化设计提供一定的理论和技术参考。