空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法

1.空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法，其特征在于，包括行程确定和初始动能设定；所述行程确定，即基于空气锤活塞冲击做功的计算公式分析空气锤活塞冲击做功的运动参数，检测所述运动参数，然后基于所述运动参数计算并优化空气锤活塞行程；检测所述运动参数包括以下步骤：a．基于冲击做功的计算公式 ，确定所需检测的运动参数，包括空气锤活塞的加速度和空气锤活塞的行程时间；其中， 为空气锤的冲击做功，即活塞向下冲程的冲击功； 表示活塞的质量； 表示活塞下冲程所用的时间，即空气锤活塞的行程时间； 表示空气锤活塞的加速度；b．在空气锤上布设加速度传感器和电编码器；并将加速度传感器组件接入相应的参数检测设备；c．启动空气锤，在活塞初速度 的前提下，利用加速度传感器检测空气锤活塞的加速度 和空气锤活塞的行程时间 ，利用电编码器检测空气锤活塞的行程时间 ；计算并优化空气锤活塞行程包括以下步骤：基于活塞位移公式 ，将加速度传感器检测得到的空气锤活塞的行程时间 和电编码器检测得到的空气锤活塞的行程时间 作比较；其中， 为活塞位移， 为活塞初速度；若 ，则表示空气锤设计的运行在最佳行程，无需优化活塞结构行程， ，计算出的活塞位移 即为活塞最优行程；若 ，则表示当空气锤活塞速度达到最大时，活塞还未接触到底部，则根据活塞位移公式，分别利用 和 计算出相应的活塞位移，以获取两个时间下的活塞位移差；根据活塞位移差缩短活塞行程结构设计，以使 ；若 ，则表示当空气锤活塞接触到底部时，其速度还未达到最大时，则根据活塞位移公式，分别利用 和 计算出相应的活塞位移，以获取两个时间下的活塞位移差；根据活塞位移差延长活塞行程结构设计，以使 ；所述初始动能设定包括以下步骤：S1，根据空气锤冲击钻井时的能量流向，建立与空气锤活塞冲击做功和破岩能量有关的能量传递效率公式；S2，基于空气锤钻井井下破碎岩石的能量来源，优化R.Teale机械比能方程式，以建立空气锤钻井机械比能方程式；S3，基于结合能量传递效率公式以及空气锤钻井机械比能方程式，获取当前空气锤的能量传递效率；S4，基于岩石抗压强度，结合空气锤钻井机械比能方程和能量传递效率公式获取破岩所需的冲击功；S5，根据破岩所需的冲击功，通过改变空压机的数量，以定量设置空气锤的初始动能。 2.如权利要求1所述空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法，其特征在于，所述初始动能设定的步骤S1中，能量传递效率公式为 ；其中， 为能量传递效率； 为空气锤的活塞传递至钻头用于破岩的能量。 3.如权利要求2所述空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法，其特征在于，所述初始动能设定的步骤S2中，建立空气锤钻井机械比能方程式包括以下步骤：S21，基于空气锤的工作原理，分析空气锤钻井井下破碎岩石的能量来源，所述能量来源包括冲击做功、钻压做功和扭矩做功；S22，基于步骤S21分析结果建立基本空气锤钻井机械比能方程式 ；其中， 为机械比能，单位Mpa； 为钻压引起的轴向能，单位J； 为钻头的旋转动能； 为每分钟破碎岩石单位体积；S23，基于R.Teale机械比能方程式 拓展空气锤钻井机械比能方程式，以获得 ；其中， 为钻头的钻压，单位KN； 为钻头的扭矩，单位KN.m； 为钻头的转速，单位r/min； 为钻头的机械钻速，单位m/h； 为井底直径，单位cm。 4.如权利要求3所述空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法，其特征在于，所述初始动能设定的步骤S3中，获取当前空气锤的能量传递效率包括以下步骤：S31，基于 计算出当前空气锤的冲击做功；其中，根据当前空气锤的结构设计资料获取活塞的质量 ； 的取值是行程确定的过程中，检测出的空气锤活塞加速度； 取值是行程确定的过程中，电编码器检测得到的空气锤活塞的行程时间；S32，基于 计算当前空气锤的活塞传递至钻头用于破岩的能量；其中，根据当前空气锤的结构设计资料获取活塞的质量 ； 为钻头的轴向末速度，是在所述行程确定的过程所测的空气锤活塞加速度的条件下获取；S33，基于能量传递效率公式为 ，结合步骤S31和S32的计算结果，计算出当前空气锤的能量传递效率 。 5.如权利要求4所述空气锤的行程确定以及初始动能设定的方法，其特征在于，所述初始动能设定的步骤S4中，获取破岩所需的冲击功包括以下步骤：S41，基于破岩对空气锤钻井机械比能的最低要求 ，结合空气锤钻井机械比能公式 ，获得机械比能的物理量 计算公 ；S42，现场启动空气锤，基于录井或随钻仪器测量空气锤的运动参数，包括钻头的钻压 、钻头的扭矩 、钻头的转速 、钻头的机械钻速 ；S43，获取现场待钻井的井底直径 和岩石种类，并基于岩石种类对照岩石抗压强度表查找相应的岩石抗压强度 ；S44，将步骤S42和S43中获取的相关参数带入机械比能的物理量 计算公式进行计算，计算出的 即为空气锤的活塞所需传递至钻头用于破岩的能量；S45，将步骤S44的计算结果与步骤S3中获取的当前空气锤的能量传递效率一起带入能量传递效率公式 ，计算出破岩所需的冲击功。