[发明专利]一种惯性约束牵连运动的诱导钻进方法

说明书

一种惯性约束牵连运动的诱导钻进方法。诱导钻进的动力学模型中存在多种工况，诱导钻进的动力学模型是静力学模型。钻进过程中的动力学模型包含了复杂的振动冲击相互转换的时间历程。在诱导钻进的动力学模型基础上，根据输入转速和扭矩条件，进行惯性约束牵连运动的诱导钻进。钻头启动储能T₀之后，在钻头连续匀速钻进运动过程中，一旦遇阻诱导才能够形成冲击波阻断、势能释放、约束缓冲和势能补偿的周期性振动冲击，完成连续循环的诱导钻进周期过程。本发明突破传统静力学设计理念，应用动力学设计原理的实现技术，具有自适应性强、钻进冲击平稳连续、钻头耐久性好和井眼质量保证的特点，钻进无额外动力需求，经济性好。

技术领域

本发明涉及石油钻井和机械加工领域，具体是利用回转体的系统转动惯量及其动力学的交变冲击响应，来实现连续稳定钻井、钻孔等的一种技术。

背景技术

石油钻井和机械加工的过程中经常会钻遇各向异性或硬质夹杂的材料，引起钻进系统的脱压、跳钻、振动和冲击等，严重影响了钻进进度、加工质量和精度控制。随着现代工业自动化技术的发展和深入，钻井进度、加工质量和控制精度的技术要求与成本控制的矛盾日益突出，迫切需要一种能够在恶劣工作环境下实现快速、耐久、高效、平稳钻进加工的系统技术。

申请号为CN201610099208.2的发明创造中公开了一种吸震式高频扭力冲击器。该发明主要应用于石油钻井技术领域，特别涉及一种吸震式高频扭力冲击器，包括钻具主体，钻具主体两端分别设置进水口和出水口，进水口和出水口之间设置压力切换装置，压力切换装置外周安装冲击锤，冲击锤与钻具主体之间设置冲击腔体，冲击腔体进水口端设置冲击腔体盖，冲击腔体末端和钻具本体末端之间安装扭力传送接头，冲击腔体和扭力传送接头之间设置密封圈及吸震碟簧组。

申请号为CN201610177526.6的实用新型专利中公开了一种基于双速变扭钻头的带钻柱的钻深井执行机构，具体是一种基于双速变扭钻头的带钻柱的钻深井执行机构，包括钻头钻柱、施压支板、施压电磁伸缩杆、连接结构、钻头、定位支架、第二定位机构、第一定位机构和钻柱，其中钻头安装在钻头钻柱上，钻头钻柱通过轴承安装在施压支板上，施压电磁伸缩杆安装在定位机构上；定位机构通过定位电磁伸缩杆调节定位机构上的定位接触头的径向距离，保证了钻柱位于井身中心线上，还能够使定位机构相对于井身固定，为钻头的固定部分提供了安装平台；当钻头在施压支板施压下，钻头与定位机构之间的距离是变化的，连接结构具有传动和长度可以伸缩的特性，能够保证传动的顺利进行。该发明冲击频率较其它钻具至少提升1倍，来自钻柱的轴向震动被安装在钻具底部的碟簧组吸收，更加全面的保护了PDC钻头的切削齿，钻具结构简单，不易损原件，寿命长，制造成本低。

申请号为CN201511028393.8的发明创造中公开了一种气驱液自循环的气体钻井螺杆钻具。该发明用于气体钻井技术钻定向井、水平井和大斜度井，利用气驱液自循环，能够平稳输出扭矩的气体钻井螺杆钻具；包括从上至下依次连接的马达总成、万向轴总成和传动轴总成。气体钻井时，利用地面注入的高压气体推动活塞高速往复运动，驱动螺杆内部不可压缩液体实现自循环运动，将压力能转化为机械能，使液体推动转子转动，通过万向轴和传动轴输出平稳和足够大的扭矩给钻头，从而实现气体钻井定向钻进作业。该发明具有平稳输出扭矩、延长钻具使用寿命的效能。

上述钻具都具有较好钻井提速的应用效果，但是需要泥浆泵的动力支援，一方面能耗较大；另一方面对于深井或钻孔钻进力不从心。上述文献数据检索，惯性系统主要应用于飞行控制和惯性导航上，未见到应用惯性系统钻进的报道。

发明内容

为克服现有技术中存在的需要流体动力支援和深孔钻进末端控制的不足，本发明提出了一种惯性约束牵连运动的诱导钻进方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，诱导钻进的模型选型：

所确定的诱导钻进模型选型能够通过扭转弹簧将惯性齿圈与行星架连接；