冲击频率可调的钻井提速工具结构设计与试验

二叠系以下岩石可钻性差，机械钻速低，单一冲击频率的钻井工具无法满足不同地层的提速需求。为此，研制出一种频率可调的钻井提速工具。该工具以钻井液作为动力源来实现冲击功能，可以通过改变工具下心轴对称孔的数量改变工具的冲击频率。基于工具的结构特点和工作原理，确定了冲锤碰撞过程中产生的冲击力，建立了单齿破岩仿真模型，进行动力学仿真分析。仿真分析结果表明：随着冲击频率的增加，机械钻速与岩石内部最大主应力整体呈上升趋势，但超过一定的冲击频率时，机械钻速与岩石内部主应力将会下降；在花岗岩等硬地层钻进过程中，最佳冲击频率为18 Hz;在砂岩等中硬地层钻进过程中，最佳冲击频率为16 Hz。现场试验验证了工具原理的正确性，使用该工具在硬地层与中硬地层钻进中，与邻井相比机械钻速分别提高103.2%和27.0%。所得结论可为频率可调的钻井提速工具的进一步优化及现场应用提供参考。