旋冲钻井

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；
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
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。
160 140 120 100
80 60 40 20
0
Soft
Hard
常规钻井 旋转冲击钻井
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。
●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
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
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
●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。
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，
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。
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
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。
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°)
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。
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
●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。
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。
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。
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
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
●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；