新型減摩阻工具的射流振蕩動(dòng)力學(xué)機(jī)理

田家林 楊應(yīng)林 Liming Dai 宋豪林 宮學(xué)成 李居瑞

1.石油天然氣裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué) 2. Industrial Systems Engineering, University of Regina 3.中海油海洋石油工程（青島）有限公司

0 引言

隨著常規(guī)石油天然氣鉆井技術(shù)逐漸成熟，現(xiàn)代鉆井技術(shù)不斷向水平井、大位移井、大斜度井等復(fù)雜井身結(jié)構(gòu)井技術(shù)發(fā)展[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)，新型鉆井技術(shù)面臨更多的技術(shù)難點(diǎn)，尤其是在水平井、大位移井鉆井過(guò)程中，鉆井摩阻大，容易出現(xiàn)黏滑、卡鉆等現(xiàn)象，如何有效降低鉆井摩阻成為鉆井技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[2-3]。在水平井段鉆進(jìn)時(shí)，鉆柱與井壁之間的摩阻將抵消一部分鉆壓，使鉆壓很難傳遞到鉆頭，降低鉆壓傳遞效率[4-8]。此外，托壓現(xiàn)象在很大程度上限制了井眼延伸，進(jìn)而影響油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)，通過(guò)進(jìn)行新條件下的鉆柱動(dòng)力學(xué)研究，可以為緩解鉆柱托壓、提高機(jī)械鉆速提供理論幫助[9-11]。

為了降低鉆井摩阻，提高鉆進(jìn)效率，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的理論研究。馬善洲等[12]提出分段計(jì)算方法，使用縱橫彎曲梁理論和微單元力平衡分析法進(jìn)行水平井鉆井摩阻的計(jì)算；唐洪林等[13]進(jìn)行了摩阻預(yù)測(cè)分析，建立了大位移井摩阻扭矩檢測(cè)方法，為井眼狀況監(jiān)測(cè)、鉆井參數(shù)優(yōu)選提供依據(jù)；Gulyayev等[14]提出一種鉆柱臨界屈曲建模方法研究摩阻對(duì)鉆柱屈曲的影響；Jaculli 等[15]針對(duì)定向井鉆柱摩擦屈曲問(wèn)題進(jìn)行分析，建立鉆完井過(guò)程中鉆柱動(dòng)力學(xué)模型；Elgibaly等[16]基于定向井摩擦因素建立Aadnoy摩擦模型，應(yīng)用于井眼軌道設(shè)計(jì)和鉆井過(guò)程摩阻分析。這些摩阻監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)理論在實(shí)際工作中發(fā)揮了重要作用，逐漸推動(dòng)了水力振蕩器、扭力沖擊器、旋沖螺桿鉆具、鉆柱扭擺等減阻提速工具或系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[17-21]。

根據(jù)鉆井摩阻的產(chǎn)生機(jī)理，基于鉆柱動(dòng)力學(xué)以及提速增效井下工具的研究基礎(chǔ)[22-24]，本文提出一種新型射流振蕩減摩阻工具，通過(guò)射流短節(jié)形成振蕩，與減震器配套使用，產(chǎn)生軸向振動(dòng)，達(dá)到減摩降黏效果。結(jié)合射流振蕩工具實(shí)際應(yīng)用情況，進(jìn)行鉆柱系統(tǒng)受力分析，建立鉆柱振動(dòng)分析模型，并展開(kāi)振動(dòng)減摩阻特性研究。通過(guò)給定參數(shù)進(jìn)行算例分析，得到鉆柱平均摩擦力、鉆柱振動(dòng)速度以及不同初始條件下鉆頭位置的轉(zhuǎn)速規(guī)律，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到地面實(shí)驗(yàn)條件下的振動(dòng)結(jié)果。研究結(jié)果表明，射流振蕩工具產(chǎn)生的穩(wěn)定可控振動(dòng)，能夠改變鉆柱與井壁之間的摩擦狀態(tài)，降低鉆井摩阻。射流振蕩工具的理論和實(shí)驗(yàn)研究，可為新型油氣資源的勘探開(kāi)發(fā)提供參考。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

射流振蕩工具由減震器和射流振蕩工具兩部分組成，射流振蕩工具位于減震器前端，主要由接頭、彈性體、減震軸、滾柱、減震套、芯軸、芯軸墊、振蕩接頭、射流短節(jié)、振蕩外殼等組成，射流振蕩工具結(jié)構(gòu)與樣機(jī)如圖1所示。

設(shè)計(jì)的新工具能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井液液壓能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，鉆井液進(jìn)入射流短節(jié)后，在初始時(shí)刻，射流入口的主射流兩端壓降相同，呈對(duì)稱分布狀態(tài)，射流不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于受到射流擴(kuò)散、卷吸作用以及分流劈的影響，主射流兩側(cè)出現(xiàn)不對(duì)稱的小尺度旋渦，主射流兩端的壓力平衡狀態(tài)被破壞，射流開(kāi)始隨機(jī)地向其中一個(gè)擴(kuò)張壁面流動(dòng)。在壓差作用下，射流的偏轉(zhuǎn)程度逐漸加大，當(dāng)射流完全依附于擴(kuò)張壁面時(shí)，射流短節(jié)內(nèi)的控制流又推動(dòng)射流改變方向，使射流依附于另一壁面，鉆井液在射流短節(jié)內(nèi)形成周期性的切換，從而形成脈沖壓力，產(chǎn)生射流振蕩，通過(guò)彈性體的壓縮與釋放，使射流振蕩工具產(chǎn)生振動(dòng)。

2 振動(dòng)減摩動(dòng)力學(xué)模型

圖1 射流振蕩工具結(jié)構(gòu)圖與樣機(jī)圖

射流振蕩工具主要應(yīng)用于水平井和大位移井鉆井，減小水平井段鉆進(jìn)過(guò)程中井壁與鉆柱之間的摩阻，為了進(jìn)行射流振蕩工具減摩特性研究，做出以下假設(shè)：①鉆柱可簡(jiǎn)化為均布質(zhì)量的細(xì)長(zhǎng)桿，鉆柱系統(tǒng)可被離散為有限鉆柱段；②井眼與鉆柱的橫截面形狀分別為圓形和圓環(huán)形；③鉆進(jìn)過(guò)程中，速度連續(xù)，不考慮鉆柱上各節(jié)點(diǎn)動(dòng)靜摩擦相互轉(zhuǎn)換過(guò)程；④鉆柱與井壁均勻接觸，鉆柱受到的正壓力、重力、摩擦力均勻分布；⑤所研究的水平井段足夠長(zhǎng)，上部邊界條件簡(jiǎn)化不對(duì)鉆柱振動(dòng)波的傳播產(chǎn)生影響。

在上述模型假設(shè)的基礎(chǔ)上，考慮射流振蕩工具的實(shí)際應(yīng)用工況，基于水平井工況條件，進(jìn)行鉆柱受力分析，建立鉆柱受力分析模型，如圖2所示，其中，左邊界為分析段的坐標(biāo)原點(diǎn)，F(xiàn)sta表示分析段左邊界等效作用力，N；Ffric表示井壁對(duì)鉆柱的摩擦力，N；G表示分析的鉆柱段重力，N；m表示分析段質(zhì)量，kg；g表示重力加速度，m/s2；Fhar表示鉆井液對(duì)鉆柱的作用力，N；Fbit表示巖石對(duì)鉆頭的作用力，N，且Fbit的大小與鉆壓WOB相等；Faxial表示射流振蕩工具產(chǎn)生的軸向力，N；vA(t)+vCA表示工具實(shí)際振動(dòng)速度，m/s。

根據(jù)圖2所示的鉆柱受力分析模型，建立考慮井壁摩擦的水平鉆柱振動(dòng)分析模型[25]：

式中M、C、K分別表示質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣與剛度矩陣；ü(t)表示加速度函數(shù)； 表示速度函數(shù)；u表示位移函數(shù)；t表示對(duì)應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)。

通過(guò)設(shè)計(jì)新型射流振蕩工具可產(chǎn)生穩(wěn)定可控的振蕩力，改變式（1）中的Faxial，將新工具加入鉆具組合后，工具產(chǎn)生的振動(dòng)將影響鉆具組合的運(yùn)動(dòng)特性，改變鉆柱與井壁的摩擦狀態(tài)以及摩擦力Ffric，從而使鉆柱與井壁的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，影響鉆柱系統(tǒng)的邊界條件以及上述模型中的Fsta、Fbit、Fhar，進(jìn)而影響整個(gè)鉆柱系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。實(shí)際鉆井過(guò)程中，由于井下條件因素眾多，且某些特征具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，上述各因素相互耦合，過(guò)程非常復(fù)雜。

針對(duì)鉆柱黏滑的過(guò)程，由于鉆具組合中存在新型射流振蕩工具，鉆柱系統(tǒng)與井壁之間的接觸條件發(fā)生變化，通過(guò)新工具的作用可減小鉆井摩阻，確保鉆進(jìn)過(guò)程中鉆壓的有效傳遞，達(dá)到減摩降黏、提高鉆速的效果?；诰趯?duì)鉆柱摩擦作用的特點(diǎn)，建立井壁對(duì)鉆柱摩擦力分析模型為：

式中x表示分析位置的坐標(biāo)值，m；(x,t)表示x、t對(duì)應(yīng)的速度值，m/s；ρL表示單位長(zhǎng)度質(zhì)量，kg/m；f(x,ξ)表示基于 x、ξ的摩擦系數(shù)；sgn[(x,t)]表示(x,t)的判斷函數(shù)。

進(jìn)行振動(dòng)減摩特性研究，以井壁為基體，鉆柱為研究對(duì)象，當(dāng)井壁做平行振動(dòng)時(shí)，分析鉆柱在滑動(dòng)方向上受到的平均摩擦阻力。為了保證研究具有一般性，認(rèn)為井壁初始時(shí)刻做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，則可以得到瞬時(shí)振動(dòng)位移公式：

式中SB（t）表示瞬時(shí)振動(dòng)位移，m；ω表示角速度，rad/s；a表示振幅，m。

對(duì)公式（3）求導(dǎo)可以得到井壁的瞬時(shí)速度為：

假設(shè)鉆柱的滑動(dòng)速度為vCA，單位為m/s，鉆柱與井壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為vCA（t），單位為m/s。根據(jù)庫(kù)倫摩擦定律，則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鉆柱所受到的滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，通過(guò)公式（4）可以得到，井壁的瞬時(shí)速度從零增加到與鉆柱滑動(dòng)速度相等時(shí)所需時(shí)間（te）為：

根據(jù)三角函數(shù)曲線特性可知，當(dāng)井壁的瞬時(shí)速度大于鉆柱的滑動(dòng)速度的兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，鉆柱受到的摩擦力大小相等，方向相反，因此在計(jì)算單個(gè)周期內(nèi)鉆柱受到的平均摩擦力時(shí)，認(rèn)為這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)，鉆柱受到的摩擦力相互抵消，則單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，鉆柱受到的平均摩擦力為：

式中T表示井壁的振動(dòng)周期，s；FDA表示工具受井壁影響的摩擦阻力，N。

圖2 鉆柱受力分析模型示意圖

在鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆柱的下放速度與鉆柱軸向振動(dòng)共線，所以在研究鉆柱所受到的摩阻時(shí)，可以認(rèn)為井壁和鉆柱的運(yùn)動(dòng)一起疊加到鉆柱上，則有：

式中vA（t）表示鉆柱某一質(zhì)點(diǎn)本身的振動(dòng)速度，m/s。

若鉆柱下放速度為vROP，單位為m/s；鉆柱所受到的瞬時(shí)摩擦阻力為FfA（t），單位為N。若井壁保持靜止不動(dòng)，則該質(zhì)點(diǎn)的速度為本身振動(dòng)速度與鉆柱下放速度的疊加，可以表示為：

對(duì)于鉆柱系統(tǒng)，任一質(zhì)點(diǎn)受到的平均摩擦力可以用式（6）表示，但是由于鉆具組合中有射流振蕩工具，在其工作時(shí)，產(chǎn)生射流振蕩作用，導(dǎo)致鉆柱不同位置質(zhì)點(diǎn)的振幅不同，鉆柱上各質(zhì)點(diǎn)在單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)受到的平均摩擦力也不相同。因此，射流振蕩工具的振動(dòng)減摩效果可以通過(guò)鉆柱摩阻的減小量Δf進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)計(jì)算不同質(zhì)點(diǎn)的平均摩阻，進(jìn)而得到整段鉆柱的平均摩阻（fa），其表達(dá)式為：

則可以得到整段鉆柱的摩阻減小量為：

結(jié)合鉆井實(shí)際工況條件，進(jìn)行鉆井摩阻影響因素分析，包括正壓力、摩擦系數(shù)、鉆柱長(zhǎng)度等，對(duì)于鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)和正壓力有：

式中μ表示鉆柱與井壁之間的摩擦系數(shù)；FN表示總的正壓力，N；T表示總扭矩，N·m；Do表示鉆柱外徑，m。

對(duì)于正壓力FN，當(dāng)考慮井眼曲率和鉆柱剛度時(shí)，可以得到其計(jì)算公式為：

對(duì)于鉆柱長(zhǎng)度和單位長(zhǎng)度鉆柱重量，有：

式中S表示鉆柱長(zhǎng)度，m；F鉆柱表示鉆柱重量產(chǎn)生的正壓力，N；α表示井斜角，（°）；q表示單位長(zhǎng)度鉆柱重量，kg/m。

根據(jù)上述計(jì)算公式可知，鉆柱受到的總摩擦阻力、總扭矩與摩擦系數(shù)、正壓力呈正比關(guān)系，所以可以通過(guò)減小正壓力與摩擦系數(shù)來(lái)改善動(dòng)靜摩擦條件，從而調(diào)節(jié)鉆柱與井壁之間的摩阻。若井眼曲率和鉆柱剛度越大，井眼直徑與鉆柱直徑之差越小，總的正壓力則越大，即鉆井摩擦阻力與鉆井扭矩越大。隨著鉆柱長(zhǎng)度和單位長(zhǎng)度鉆柱重量的增加，鉆柱重量產(chǎn)生的正壓力逐漸增大，則摩擦阻力與扭矩就越大，通過(guò)改變井眼水平長(zhǎng)度和單位長(zhǎng)度鉆柱重量可以調(diào)節(jié)正壓力，改變鉆柱與井壁之間的摩阻大小。針對(duì)射流振蕩工具的實(shí)際工況條件及其工作過(guò)程分析，可將鉆井液壓降、脈沖特性、振動(dòng)特性參數(shù)、軸向力可以作為射流振蕩工具的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 算例分析

為了分析關(guān)鍵參數(shù)對(duì)鉆柱動(dòng)力學(xué)的影響，結(jié)合建立的理論模型，進(jìn)行算例分析，確定對(duì)應(yīng)的輸入?yún)?shù)，如表1所示。

表1 基本輸入?yún)?shù)表

鉆柱質(zhì)點(diǎn)在其單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)所受到的平均摩擦阻力求解結(jié)果如圖3所示，其中圖3-a為單個(gè)周期內(nèi)平均摩擦阻力的變化關(guān)系，圖3-b為FPfric/FDA與αω/vCA之間的相互關(guān)系。對(duì)于平均摩擦阻力，規(guī)定方向向左的摩擦力為正值，在單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，在tO～tP時(shí)間段內(nèi)，鉆柱質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際振動(dòng)速度大于0，則鉆柱質(zhì)點(diǎn)所受到的摩擦力向左，為正值；在tP～tQ時(shí)間段內(nèi)，實(shí)際振動(dòng)速度小于0，摩擦力向右，為負(fù)值；在tQ～tW時(shí)間段內(nèi)，實(shí)際振動(dòng)速度又變?yōu)榇笥?，摩擦力向左，為正值。

圖3 平均摩擦阻力求解結(jié)果示意圖

當(dāng)摩擦系數(shù)與正壓力保持不變時(shí)，在基體的單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，鉆柱所受到的平均摩擦力與其滑動(dòng)速度、角速度和振幅相關(guān)。當(dāng)鉆柱的滑動(dòng)速度大于基體的速度幅度，即是αω/vCA＜1時(shí)，F(xiàn)Pfric/FDA的值保持不變，而FDA的大小在單個(gè)周期內(nèi)保持不變，因此平均摩擦力FPfric大小不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)基體的速度幅度大于鉆柱的滑動(dòng)速度時(shí)，平均摩擦力將隨αω/vCA的增大而減小，并且當(dāng)αω/vCA的值從1增加到5時(shí)，平均摩擦力迅速減小，當(dāng)αω/vCA的值大于5時(shí)，平均摩擦力減小速度相對(duì)減緩。

通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到近鉆頭位置的振動(dòng)速度，均值約為1.5 mm/s，如圖4所示。振動(dòng)速度呈現(xiàn)出的特性反映出近鉆頭位置鉆柱真實(shí)的運(yùn)動(dòng)特性，與鉆柱在鉆井過(guò)程中的振動(dòng)特性一致。同時(shí)振動(dòng)速度結(jié)果也說(shuō)明，在水平鉆進(jìn)過(guò)程中，井壁摩擦作用會(huì)影響鉆柱動(dòng)力學(xué)特性，可通過(guò)相關(guān)理論研究，為高效油氣井鉆進(jìn)提供理論參考。

圖4 井壁摩擦條件下的振動(dòng)速度圖

當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速為 10 rad/s，鉆柱長(zhǎng)度為 2 000 m 時(shí)，計(jì)算得到鉆壓分別為20 kN和25 kN時(shí)的鉆頭轉(zhuǎn)速結(jié)果（圖5-a）。當(dāng)鉆壓為20 kN時(shí)，鉆頭轉(zhuǎn)速變化范圍介于4～16 rad/s，當(dāng)鉆壓為25 kN時(shí)，鉆頭轉(zhuǎn)速變化范圍介于2 ～18 rad/s，鉆頭轉(zhuǎn)速的波動(dòng)范圍增大，但兩種條件下鉆頭位置均沒(méi)有出現(xiàn)明顯的黏滯狀態(tài)。

圖5 不同鉆井參數(shù)下的鉆頭轉(zhuǎn)速圖

保持鉆柱長(zhǎng)度為 2 000 m，鉆壓為 20 kN，增大轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速至30 rad/s，計(jì)算得到的鉆頭轉(zhuǎn)速響應(yīng)圖，如圖5-b所示。在此初始條件下，鉆頭轉(zhuǎn)速在26～34 rad/s之間波動(dòng)，變化趨勢(shì)較為平緩，可以近似地認(rèn)為此時(shí)鉆柱黏滑基本上消失。

當(dāng)改變鉆柱長(zhǎng)度，輸入轉(zhuǎn)速和鉆壓均保持不變時(shí)，計(jì)算得到不同鉆柱長(zhǎng)度條件下的鉆頭轉(zhuǎn)速變化關(guān)系，如圖5-c所示。隨著鉆柱長(zhǎng)度的增加，鉆頭轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍增大，并且出現(xiàn)轉(zhuǎn)速為0的情況，即是出現(xiàn)黏滑現(xiàn)象，因此隨著鉆井深度的增加，黏滑現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性也逐漸增加。當(dāng)鉆頭處于黏滑狀態(tài)時(shí)，鉆頭角速度為0，此時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入扭矩不斷向下傳遞，當(dāng)鉆頭位置的驅(qū)動(dòng)扭矩達(dá)到最大摩擦扭矩時(shí)，鉆頭開(kāi)始旋轉(zhuǎn)破巖鉆進(jìn)。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證射流振蕩工具的工作原理以及振動(dòng)特性，進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)方案如圖6-a所示，采用雙泵系統(tǒng)對(duì)測(cè)試工具進(jìn)行供液，射流振蕩工具以水平方式放置，將減震器端使用機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行夾持，保證右端不會(huì)軸向移動(dòng)，射流振蕩工具端游動(dòng)，泵1和泵2從水箱中吸水，經(jīng)過(guò)入水軟管進(jìn)入減震器與射流振蕩工具，水流經(jīng)過(guò)出水管流回水箱。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行射流振蕩工具實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)如圖6-b所示。將射流振蕩工具按照實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，使減震器端固定，再連接入水管與出水管組成測(cè)試管匯系統(tǒng)，進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器接線要求與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，安裝加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)，并檢查傳感器是否能夠正常工作，信號(hào)傳遞有無(wú)異常，其中加速度傳感器安裝在射流振蕩工具前端面上。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)壓力流量控制臺(tái)調(diào)節(jié)泵輸入流量，當(dāng)射流振蕩工具在不同初始條件下工作平穩(wěn)時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析工具工作特性。

在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)泵開(kāi)啟后，射流振蕩工具工作正常，分別得到不同入口流量條件下的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，以入口流量分別為q1=2.07 L/s和q2=4.20 L/s時(shí)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行射流振蕩工具振動(dòng)分析，得到實(shí)驗(yàn)測(cè)試振動(dòng)速度結(jié)果，如圖7所示。

圖6 射流振蕩工具測(cè)試方案及實(shí)驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)圖

圖7 實(shí)驗(yàn)測(cè)試射流振動(dòng)工具振動(dòng)速度圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，當(dāng)入口流量q1=2.07 L/s時(shí)，射流振蕩工具振動(dòng)速度在0.40～1.35 mm/s之間波動(dòng)，其均值約為0.85 mm/s；當(dāng)入口流量q2=4.20 L/s時(shí)，振動(dòng)速度的變化范圍介于0.25～1.60 mm/s，且振動(dòng)速度開(kāi)始呈現(xiàn)明顯的周期性波動(dòng)，周期大小約為 1.2 s。

對(duì)比分析兩種流量條件下的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)q1=2.07 L/s時(shí)，振動(dòng)速度波動(dòng)范圍更小，振動(dòng)周期相對(duì)不明顯，隨著入口流量的增加，工具振動(dòng)速度逐漸增大。與算例分析得到的振動(dòng)速度進(jìn)行對(duì)比，算例結(jié)果考慮了井壁對(duì)鉆柱的摩擦作用，振動(dòng)速度波動(dòng)規(guī)律不明顯，而實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的振動(dòng)速度則具有較為明顯的變化規(guī)律，算例得到的振動(dòng)速度約為1.50 mm/s，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)值大小較為接近。通過(guò)對(duì)比分析，得到實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與算例結(jié)果具有相似規(guī)律，驗(yàn)證了理論模型的正確性。

5 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)的射流振蕩工具通過(guò)射流振蕩器與減震器共同作用，形成脈沖壓力波動(dòng)，產(chǎn)生射流振蕩效果，結(jié)合工具內(nèi)部彈性元件作用，產(chǎn)生周向振動(dòng)，改善鉆柱與井壁之間的摩擦狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)鉆柱減摩降黏作用。

2）算例與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鉆頭附近鉆柱振動(dòng)速度呈明顯的非線性特征，與真實(shí)鉆井過(guò)程情況吻合；隨著井深與鉆柱長(zhǎng)度增加，鉆進(jìn)過(guò)程中更容易產(chǎn)生黏滑；利用本文提出的新型射流振蕩工具可改變鉆柱與井壁的接觸狀態(tài)，改善鉆壓傳遞效果，有效緩解鉆柱黏滑，實(shí)現(xiàn)鉆井過(guò)程的減摩降黏、提高機(jī)械鉆速。

3）對(duì)比分析算例結(jié)果和不同入口流量條件下的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，算例與實(shí)驗(yàn)得到的振動(dòng)速度規(guī)律保持一致，驗(yàn)證了射流振蕩工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，為射流振蕩工具的進(jìn)一步研究提供了理論參考。