旋冲钻井

递给砧子和钻头，如此往复，实现 旋冲钻井。
六、冲击器性能参数确定
影响旋冲钻井破岩效果的因素有冲击功、冲击频率、转
速及钻压等。一般情况下，地层越硬，则要求冲击功越大， 冲击频率可适当调小； YSC—178型冲击器的性能参数如下：
①冲击功：200-300J； ②冲击频率：20Hz左右； ③钻压：不小于常规旋转钻井钻压的2/3； ④排量：20-40L/s； ⑤转速：f=3N/Φ(其中：Φ取11°)
注： YSC—178型冲击器的冲击功、冲击频率与排量、冲程的 经验公式为：E=0.576Q2 F=37.96Q/S全
式中 E—冲击功，J；f—冲击频率，Hz； Q—排量，L/s；S全—活塞往复总行程，cm。
七、冲击器主要参数
●结构参数 冲击器外径(mm) 适合井眼尺寸(mm) 上接头母扣 下接头母扣
●钻进硬或研磨性较强的岩层时，以冲击压碎为主，转数不宜过高， 在硬地层中岩屑颗粒较大，应适当开大排量，实现大冲击功、低频率；
●冲击功和频率在现场可通过改变冲锤冲程及泥浆泵排量进行调整； ●在一般情况下，钻井参数可不做变化，保持正常旋转钻井参数。
十、冲 击 器 操 作
●冲击器上下钻台必须操作平稳，严防强烈碰撞； ●下钻前必须对冲击器进行严格的检验。冲击器上接方钻杆， 下 接试验器接头，在钻台上试冲3～5min，工作正常卸下试验接头，接 上钻头入井； ●下钻时防止大于6mm石块颗粒等带入钻具内，钻进时最好使用钻 具滤清器； ●下钻遇阻时，开泵，开转盘，利用冲击器在遇阻处冲击旋转划 眼排除； ●冲击器在井内工作时，应常开动除砂、除泥器； ●钻井参数：钻压控制在正常钻压的2/3～1倍左右，其它参数不 变，也可根据具体情况调整； ●在正常情况下，根据井深不同，钻进中泵压较旋转钻进高1～ 2.5MPa左右,若突然升高或降低较多应根据具体情况判断是否提钻。
九、冲击器使用方法
影响旋冲钻进效率的主要参数有：钻压、排量、转速、冲击频率、 冲击功等。不同地层、不同岩性，起主导作用的因素亦不相同。钻进前 必须根据岩石性质选择合理的冲击器工作性能参数。
●钻进软、塑性岩层(如泥灰岩地层等)时，破碎岩石以切削为主， 钻压应稍大一些，使钻头与岩石紧密接触，有利于提高两次冲击间切削 破碎效率。转数也可稍高一些，实现低冲击功、高冲击频率；
钻头（牙轮）+ 冲击器 + 钻铤 + 钻杆 + 方钻杆
◆旋冲钻井破岩特点
旋冲钻井等的破岩原理类似于日常生活中的冲击 钻的工作原理，冲击力的瞬时比载荷比静压入比载荷大 得多，而且周期性冲击可在岩石中激起较强的脉动应力 波，加强了岩石内部的应力集中，加速岩石的破碎。
目前，用于旋冲钻井的钻头主要为牙轮钻头。牙轮 钻头在旋转钻进时虽然也产生冲击，但冲击力小，冲击 频率低，而且两相邻齿间距较大，所以两相邻冲击点之 间应力波叠加作用不明显，不足以将两个破碎区完全相 连。而牙轮钻头在旋冲钻进时，一个齿压入岩石后在垂 直于井眼的平面内周向移动过程中，冲击作用不止一次， 冲击点密度大大增加，两相邻点的冲击波可相互重叠， 破碎区相连，从而大大提高了岩石破碎的效率。
●60年代，我国矿山开采中推广应用了这一技术。
●对液动冲击钻具进行了较深入的研究是在上世 纪的60年代，美国、前苏联、匈牙利、日本等国家 都研究发展了各自的旋冲钻井技术，冲击钻具的理 论研究及现场应用水平得到很大进展。
● 1995年，美国和德国共投入700万美元研究在 石油钻井特别是超深井中应用旋冲钻井技术，近年 来取得了较好的应用效果。
旋冲钻井与旋转钻井钻速对比图
旋冲钻井技术应用于硬脆性地层，平均机械钻速提高30%。
一、概 述
2、常用冲击器的类型
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
分类方式 动力方式
结构
类型 气动冲击器 液动冲击器
气液混合 油压冲击器 电动冲击器 阀式正、反、双作用
射吸式 射流式
适用条件 受地层和设备限制 不受地层和设备限制 受地层和设备限制
二、旋冲钻井破岩特点
◆旋转钻进牙轮钻头破岩特点
牙轮钻头的牙齿在钻压的作用下吃入岩石，将岩 石压碎；由于钻头旋转，牙齿与岩石接触时具有一 定的速度，且牙齿的单、双齿交替着地引起钻具重 心上下运动，形成了牙齿对井底的冲击作用；若牙 轮在井底滚动的同时还产生相对井底的滑动，则牙 齿尚有剪切作用。
◆旋冲钻井钻具组合
工厂车间 地面工作 多用于浅井（3000m） 适于小口径 不受井深限制
1、旋冲钻井技术由来
●旋冲钻井技术的设想始于十九世纪后期的欧洲。
●早在50年代，美国钻井权威鲁宾斯基就指出：“在旋 转中加锤击作用，即使钻压减轻50% ，钻过可以保持不 变，钻头寿命增加，把井打直”。
●进入90年代后，深井、易斜井、水平井及大位移井在 石油钻井中所占的比例越来越大。钻井中遇到的硬地层 和坚硬地层用常规旋转钻进方法破岩的效果差，钻进效 率低；深井中的井斜问题也日益突出，成为钻井工作中 一大棘手难题，大大增加了钻井成本。在水平井和大位 移井中，随着水平位移的增加，水平井段的加压越来越 困难，钻具的损坏也不断增加。国内外对用旋冲钻技术 来解决这些问题比任何时候都重视，并投入大量人力物 力进行研究。目前，美国在用钻机有50% 使用了冲击钻 具。
●我国70年代以来，在地矿系统的固体矿钻井应 用中开始研究旋冲钻井技术，到80年代该技术进入 推广应用阶段。
3、射流冲击器的特点:
1）易损零件少，工作可靠； 2）在任何情况下，钻井液保持正常循环； 3）能够大幅度提高硬地层钻井速度，提高钻井效率； 4）可降低钻头磨损程度； 5）受围压影响小，可适于深井钻进； 6）提高井身质量； 7）不需要额外增加新的设备。
八、冲 击 器 组 装
●按图纸组装所有密封圈，组装零件2、3、4,检查缸 体与外套密封圈及上端面与双稳元件下端面之间的密封;
●组装缸盖中接头。测量内外尺寸差值，选择合适的 垫圈，上紧上接头；
●将冲锤5与活塞杆连接，打实，组装冲锤外筒6； ●将砧子7装入八方套8内，用手可以推动砧子或八方 套运动； ●将八方套8与冲锤外筒6连接； ●装下接头9。
●工作性能参数 工作行程(mm) 冲击功(J) 冲击频率(Hz) 冲击器压耗(MPa) 泥浆泵排量(l/s)
●强度校核 最危险截面安全系数 组合安全系数 极限压(拉)力 极限扭矩
Φ178 Φ215.9 410 430
10～90 100～400 16～20 1～3 15～32
10.19 5 283114.05Kgf 17236Kgf·m
五、射流式冲击器的结构 及工作原理
液动射流式冲击器的结构如图所示。钻井液通过射 流元件2的喷嘴出井产生附壁作用，如先附壁于C侧，钻 井液由C通道进入缸体3的上腔，活塞受向下的力，当活 塞到达缸体下死点时，停止运行，缸体上腔压力瞬间增 高，讯号反馈至D通道（控制孔），促使射流由C通道切 换到E通道，钻井液经E进入缸体下腔，推动活活塞向上 运动，当活塞运行至上死点时，缸体上腔压力瞬间增高， 讯号反馈至F通道（控制孔），促使射流由E通道切换到 C通道，钻井液经E进入缸体下腔，推动活活塞向下运动， 与活塞连接的冲锤5便冲击砧子，砧子通过八方套8与下 接头9连接，完成一次冲击。
和配合部分涂抹润滑脂或其它常用防锈剂，然后重新组装(不 装密封圈)准备再次使用； ●再次入井前，按规定进行组装、检查、调整。
附1、射流元件的优化设计
附2、旋冲钻井室内测试装置
附3、冲击器性能参数的确定
• 缸径确定
• 活塞杆直径确定
附4、冲击器性能参数的确定
• 锤重确定
• 冲击形成确定
附5、冲击器性能参数的确定
一、概 述
1、旋冲钻井定义及破岩效果
旋冲钻井技术是在旋转钻井的基础上，再增加一个由冲击器产生的高频冲击作用， 使钻头承受周期性的冲击载荷。旋冲钻井由冲击载荷与静压旋转联合作用破碎岩 石。在硬地层中钻进，提高机械钻速显著。
160 140 12ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 100
80 60 40 20
0
Soft
Hard
常规钻井 旋转冲击钻井
三、 旋冲钻井破岩机理
①钻头工作刃接触井底时，先把井底凸起部分压碎而整平井底。 ②钻头工作刃作用力逐渐增加，工作刃接触处产生弹性变形。 ③钻头工作刃作用力继续增加，钻头工作刃下面的岩石，开始 出现破碎，工作刃吃入岩石且周围岩石内形成放射性的裂纹。 ④随着钻头工作刃的挤入，已经产生裂纹的岩石被压碎，形成 许多贝壳状的碎块。 ⑤随着钻头工作刃继续吃入，工作刃周围的碎屑被崩排出来，
旋冲钻井技术
一、 概 述
旋冲钻井是在常规钻井的基础上加装冲击钻具，在旋 转破岩的同时对钻头施加一个高频冲击力，从而实现旋转 与冲击联合破岩的钻井技术。
旋冲钻井具有以下优点： ● 能够有效提高硬地层钻进速度。 ● 能够有效地防止复杂地层钻井中的井斜问题，提高
井身质量。 ● 能够减缓钻头磨损，延长钻头寿命，减少钻具损坏， 降低钻井成本。 ● 能解决水平井及大位移难加钻压问题。
十一、冲 击 器 保 养
●两次作业之间，工具出井后，则应检查一些易损件的磨损程度 以及密封情况，并及时更换、修整、清洗、保养。
●将上接头与外缸、外缸与中接头卸开，拆开冲锤、缸体压盖、 活塞、缸体及双稳元件 6，检查缸体密封(侧面和端面)、压盖 密封，如损坏则需更换；
●检查双稳元件喷嘴，控制道，看是否有堵塞、损坏等； ●卸开下接头9及八方套，打开砧子，检查滑动密封； ●需要长期存放冲击器时，应将其全部拆开、冲洗，所有丝扣
形成一个破碎坑，工作刃的作用力随之降低下来。 ⑥一次冲击作用完成后，又进行下一次冲击。
四、旋冲钻具的设计原则
旋转钻井的主要工具是液动冲击器，是一种 以钻井液为动力，往复向钻头提供冲击力的工具：
●该钻具无论在何种情况下不影响钻井液的正常 循环。
●在钻井液循环的情况下，钻头承受钻压后能自 动动作。
●冲击器适合满足井眼条件要求的钻井液流量； ●可通过钻井液流量调节冲击器性能 ●结构简单、起动方便、工作稳定、性能可靠等 特点。
推动活活塞向下运动，与活塞连接 的冲锤5便冲击砧子，砧子通过八 方套8与下接头9连接，完成一次冲 击。
当活塞向上运行时，上腔流体由C 通道进入B通道，（放空孔），当 活塞向下运行时，下腔钻井液由E 通道流入B通道，再经与放空孔连 通的水道、外筒的腔体、砧子内的
通道流经钻头冲洗孔底后由环空返
回地面。扭矩通过冲击器八方套传
2、旋冲钻井发展史
●1900—1905年间，俄国工程师B. 沃尔斯基设计了 几种石油钻井夜动冲击钻具，成为旋冲钻井的第一位 理论研究者。
●上世纪30年代风动冲击钻具得到发展，50到60年 代才获得较为广泛的应用。这期间，美国成功地应用 了风冲击钻具，钻井650口，总进尺超过30万米，最大 钻深5300米。