本技术涉及一种高效钻杆应力波衰减装置,应用于潜孔锤钻探技术领域,由上接头、半圆卡、花键套、花键轴和多层垫片组件构成。垫片组件由不同波阻抗材料制成,至少两层紧密堆叠,相邻垫片波阻抗各异。应力波在通过不同材料界面时产生反射和透射,显著降低传递至钻杆的应力波峰值和能量。该装置结构简洁,易于安装,成本低廉,有效延长钻杆寿命,减少起下钻时间,提升钻进效率。
背景技术
近年来,随着浅层矿产资源的逐渐枯竭以及对干热岩等新型能源资源开发的需求,迫切需要一种能够在可钻性差的坚硬地层中实现快速钻进的新型技术,以显著提升硬岩地层的钻进效率并降低钻进成本。研究表明,对于如花岗岩等研磨性强且可钻性差的地层,采用高能冲击破碎的方式相比传统的回转钻进技术,能够将钻进效率提高数倍。
然而,高能液动潜孔锤在利用巨大冲击动能快速破碎岩石的过程中,钻杆不可避免地会受到来自钻头和外管等的反弹冲击振动。这种反弹冲击动能大且频率高,导致钻杆的工作寿命迅速缩短。一方面,潜孔锤用的钻杆多采用高强度合金钢制造,成本高昂;另一方面,钻杆断裂损坏会引发一系列严重后果,影响钻井作业的安全、效率和成本。因此,有必要设计一种潜孔锤用削波减振装置,以保护钻杆,延长其使用寿命,并降低事故发生的概率。
根据应力波相关理论,应力波在通过不同波阻抗材料界面时,会发生反射和透射,尤其是当应力波从波阻抗较大的材料进入波阻抗较小的材料时,一部分应力波在界面处反射,从而减少透射的应力波。同时,当应力波在弹性或塑性材料中传递时,由于材料吸收部分能量,其入射应力波幅值会随着传递距离的增加逐渐减小。此外,应力波在传播过程中经过变截面位置时,其入射应力波峰值也会相应地增大或减小。
实现思路