冲击旋转破岩过程分析_张洪勇
循环冲击载荷作用下岩石的力学特性分析
循环冲击载荷作用下岩石的力学特性分析苏帅(安徽理工大学，安徽淮南232001)摘要：随着工程规模的不断扩大，深部岩体工程项目越来 越多，深 的开挖以爆破法为主。
破开挖过程中，多一定静载条件下 载作用。
相关学者以VHPB系统为 ，以砂岩等作为 研究对象，利用动静加载组合加载装置，开展常规冲击试验和循环试验，总结砂 载 用下的 学特性与破坏特征，分析岩石 载荷下的损伤演化 。
关键词：深 &载;应力；应中图分类号:TU452 文献标志码:B文章编号：1672 -4011 (2017)12 - 0094 - 02DOI:10. 3969/j.issn. 1672 - 4011. 2017. 12. 0459前言，随着的发展与科技的，各类大型岩体工程的规大，条件。
比如各种大型铁路和大型公路建设、大型核电站工程、大型地下深埋硐室矿山开采等。
在 矿山开采等工程中，爆因为具有高效、、捷的特点而被使用。
爆破开 体时，破碎石开挖目的的，炸生的能量会以冲的形式周围的岩体之中，会周围的岩体产生一定的与 ，对工程的、稳定产生不利。
而且，在 的矿山开挖等体开工程中，一会采用多次行开挖，体在承受一定的 下，还会多次循环的。
石作为一种多的脆性材料，本身应力等静的作用，环冲的作用，对其内的扩展和贯生一系列。
所，在 工程中，岩体环冲作用下，其强度和变形特性体的内部，体在冲和 共下的结果。
此，国内外学者做了大量的相关试验，取较为丰富的果。
中大学李夕兵等采用脆性断裂准则，分析不应力波的形状、应变率、能 等 的关系，并研究了相应的岩石破碎效果;单仁亮等研究了不石的动力特性和 式;金放石在循环作用下的应力应变关系做了相关研究。
研究成果国的工程实践起到了的作用。
1试验装置与试件的准备体的循环试验使用的是霍布金森压杆装置(SHPB)。
VHPB装置主要由冲头、入射杆、透射杆组成，冲头由高压气冲出，具有一定的能量，在入射杆生压缩冲，脉冲的由冲头的速度控制。
水力旋冲钻井工具破岩影响因素模拟及应用
第 ４９ 卷 第 ３ 期 肖 新 磊 ：水 力 旋 冲 钻 井 工 具 破 岩 影 响 因 素 模 拟 及 应 用
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制约着深部硬地层 的 钻 井 提 速，研 究 适 合 于 深 层 定
向水平井的钻井提速技术成为国内钻井领域的热点
ห้องสมุดไป่ตู้
之一。近年来，国 内 根 据 ＮＯＶ 公 司 技 术 研 制 的 冲 击螺杆马达［１４］，对 于 提 高 钻 速 具 有 积 极 作 用，但 主
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２０２０年 第４９卷 第３期 第５２页
石油矿场机械 犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜
２０２０，４９（３）：５２５７
文 章 编 号 ：１００１３４８２（２０２０）０３００５２０６
水力旋冲钻井工具破岩影响因素模拟及应用
肖新磊
（中石化胜利石油工程有限公司 西南分公司，山东 东营 ２５７０００）
摘 要 ：常 规 的 冲 击 钻 井 工 具 不 能 满 足 井 眼 轨 迹 控 制 要 求 、使 用 寿 命 有 限 、缓 解 脱 压 不 显 著 等 问 题 ，影 响了在定向井钻井中的推广应 用。建 立２１５．９ ｍｍ ＰＤＣ 钻 头 和 岩 石 的 有 限 元 模 型，分 析 钻 井 参 数 对破岩效率的影响规律，结果表明：冲击频率为１７．５Ｈｚ和３５Ｈｚ时，破岩效率最优；破岩效率随 钻压增大而增加，而后变化逐渐平缓；破岩效率随钻头 转速 增 大 而 增 加；破 岩 效 率 随 冲 击 载 荷 的 增 加变化平缓。据此研制了新型 水 力 旋 冲 钻 井 工 具。 现 场 试 验 表 明，该 工 具 符 合 定 向 水 平 井 “一 趟 钻”工艺要求，使机械钻速提高５６％，使用寿命达１５０ｈ，ＭＷＤ 信号正常。 关 键 词 ：水 力 冲 击 钻 井 ；工 具 ；数 值 模 拟 中 图 分 类 号 ：ＴＥ９２１．２０７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０２０．０３．００９
旋转射流破岩钻孔机理研究
旋转射流破岩钻孔机理研究摘要：本文研究了旋转射流破岩钻孔机理，通过实验观察和数值模拟等方法，分析了旋转射流对岩石的冲击破碎机理和钻孔效率的影响因素。
结果表明，旋转射流破岩钻孔技术具有高效、环保等优点，有望在岩石破碎和钻孔工程中得到广泛应用。
引言：随着科技的发展和人类对自然资源的不断需求，岩石破碎和钻孔工程在矿业、土木工程、水力发电等领域变得越来越重要。
传统的岩石破碎和钻孔方法主要采用凿岩机、爆破等方式，但这些方法存在着效率低下、环境污染等问题。
因此，研究一种高效、环保的岩石破碎和钻孔方法成为了迫切的需求。
旋转射流破岩钻孔技术作为一种新型的钻孔技术，具有高效、环保、低成本等优点，在岩石破碎和钻孔工程中具有广泛的应用前景。
研究现状：旋转射流破岩钻孔技术起源于20世纪90年代，经过多年的研究和发展，已经在许多领域得到了应用。
在国内，中国矿业大学、中南大学等高校和研究机构对该技术进行了深入研究，取得了一系列重要成果。
在国际上，美国、澳大利亚等国家也对旋转射流破岩钻孔技术进行了研究，并成功应用于实际工程中。
研究方法：本文采用了理论分析、实验研究、数值模拟等多种方法进行研究。
通过理论分析，对旋转射流破岩钻孔机理进行探讨，建立物理模型；通过实验研究，对旋转射流破岩钻孔效果进行观察和分析；通过数值模拟，对旋转射流破岩钻孔过程进行模拟和优化。
实验结果与分析：通过实验观察和数据分析，本文得出以下旋转射流对岩石的冲击破碎效果较好，能够有效破碎坚硬岩石。
旋转射流破岩钻孔速度与射流功率、岩石硬度等因素有关，通过调节射流参数可以提高钻孔效率。
旋转射流破岩钻孔过程中，射流的冲击力、切削力、磨削力等是影响钻孔效果的主要因素。
结论与展望：本文通过对旋转射流破岩钻孔机理的研究，得出旋转射流破岩钻孔技术具有高效、环保等优点。
通过实验观察和数值模拟等方法，分析了旋转射流对岩石的冲击破碎机理和钻孔效率的影响因素。
然而，本文的研究还存在一些不足之处，例如实验设备和条件有限，未能对不同类型岩石进行深入研究等。
冲击旋转钻井技术
冲击旋转钻井技术在煤层气勘探开发中的应用丁小蕾（石工研-3班 s1*******）摘要：随着国家对煤层气行业的重视，煤层气的勘探开发正以前所未有的速度发展，然而以往二十余年的实践告诉我们，煤层气的勘探开发结果并不理想。
究其原因，除客观地质因素外，在很大程度上也是由于钻井效率低、成本高所致。
因此，一种比常规旋转钻井效率更高、成本更低的钻井技术—冲击旋转钻井在煤层气勘探开发中被应用。
冲击旋转钻井破岩原理是在钻头冲击刃与岩石的接触面上施加静压力的同时，给以脉动冲击负荷对岩石作功，从而提高岩石破碎效率。
本文将介绍冲击旋转钻井技术的概念、钻井工具、与旋转钻井相比它的优点以及在煤层气中的应用。
关键词：冲击旋转钻井冲击器1．冲击旋转钻井的概念近年来，冲击旋转钻井技术已逐渐应用于钻井工程，利用这一技术可以解决坚硬岩层段、软硬交错地层段钻速低、大斜度地层段井眼易斜等实际问题，以提高钻井的综合效益。
在煤层气钻井中主要解决煤层顶板、底板钻进效率低的问题。
旋冲钻井技术就是在常规旋转钻井工艺中,在不增加其它地面设备的情况下,在钻头的上面和钻铤的下面安装与钻铤直径大致相当的冲击器,并且在钻进过程中,跟随上部钻柱转动的冲击器带动钻头旋转的同时,利用上部钻井液的流动能量使冲击器本身产生周期的向下作用在钻头上的冲击力,从而加速破碎岩石。
2. 冲击旋转钻井破岩机理冲击旋转钻井就是在普通旋转钻井的基础上,再加上一个冲击器。
冲击器是一种井底动力机械,一般是连接到井底钻头或岩芯管的上端,依靠钻井液的能量推动其活塞冲锤上下运动,撞击钻头。
钻头在冲击动载和静压旋转的联合作用下破碎岩石。
冲击力不同于静压力,它是一种加载速度极大的动载荷,作用力在极短的时间内变化幅度很大。
由图1知,冲击力在几微秒内由零上升至几十千牛,再经几百微秒又重新下降至零。
图1：冲击力随时间的变化关系实践证明,外载作用的速度对岩石力学性质有较大的影响,特别是其对岩石的弹性及塑性的影响。
高频振动钻具冲击下岩石响应机理及破岩试验分析
高频振动钻具冲击下岩石响应机理及破岩试验分析李玮;闫铁;张志超;李连群【摘要】为了研究深井、超深井硬地层中高频振动冲击钻井的破岩机理及破岩效果,基于机械振动原理,建立了高频振动激励下有限深度范围内岩石稳态振动响应的幅频特性模型,分析了井底岩石的响应特点.通过PDC钻头的旋转、高频振动冲击的联合破岩试验,分析了转速、频率等参数对振动冲击钻井机械钻速的影响.结果表明:随着振动冲击激励频率增大,机械钻速逐渐增大;振动冲击激励频率为1 400～1 500 Hz时,机械钻速达到最大,与无振动冲击激励相比增幅为93.5％～106.3％.理论研究和试验结果都证明,高频振动冲击能够降低岩石抗钻能力,提高破岩效率.【期刊名称】《石油钻探技术》【年(卷),期】2013(041)006【总页数】4页(P25-28)【关键词】振动;冲击钻井;频率;破岩机理;机械钻速;实验室试验【作者】李玮;闫铁;张志超;李连群【作者单位】东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;中国石油新疆油田公司采油二厂,新疆克拉玛依834000;中国石油新疆油田公司风城油田,新疆克拉玛依834000【正文语种】中文【中图分类】TE21在深井、超深井钻井中，当钻遇硬地层时，高效破岩技术十分重要，因为破岩效率的高低直接决定着钻进速度和钻井安全，更影响着钻井工程的经济效益[1-5］。
高频振动冲击钻井是当前深井钻进硬地层应用较多且效果显著的一种高效破岩技术。
当前，高频振动冲击主要有扭转冲击和轴向冲击2种。
Christophe Germay、祝效华、孙起昱和张克勤等人[6-9］深入研究分析了PDC钻头的黏滑效应、扭转冲击器破岩机理和现场应用情况。
Aron Deen、李根生、杨威和倪红坚等人[10-13］系统研究了高频轴向振动冲击器的工作原理、破岩效果和频幅特征等。
笔者基于机械振动原理[14］，建立了岩石稳态振动响应计算模型，根据旋转剪切和高频振动冲击的破岩试验结果，分析了机械参数和振动参数对破岩效果的影响。
论文范文：刀具冲击破岩过程的数值模拟探索
论文范文：刀具冲击破岩过程的数值模拟探索1绪论1.1引言近年来,随着社会发展的需求和科学技术水平的不断提高,地下活动空间及各类资源开发和利用已然成为人类重点关注的领域之一。
随着各类挖掘机广泛应用于矿山开采、隧道开挖、油气井钻进等实际工程中,对岩石破碎理论和技术提出了新的挑战。
冲击破岩作为机械破岩法中的一种,具有破碎的岩块较大,作业效率较高等优点,被广泛应用于建筑工程、露天采矿和穿凿作业等方面。
自上世纪60年代以来,英国、南非、美国等对冲击破碎进行了大量可行性研究,并应用于矿山开采当中。
随着冲击式破岩被人们广泛的应用于各类破碎工程之中。
破岩机械多釆用凿岩机、潜孔钻机和钢丝绳冲击钻机等(图1.1)。
长期以来,人们对冲击破岩的机理和破岩效率进行大量的研究,为提高冲击式破岩效率,我国在围绕冲击式机械与岩石匹配、冲击加载合理波形以及冲击活塞优化等方面做出了许多有益的探索。
对于冲击破岩的机理研究,既涉及岩石材料非均匀性、非线性特征,又受制于岩石材料本身的外貌形状和尺度边界因素,既受材料内的部裂隙和结构面影响,又与冲击波传播过程中局部变形即损伤破坏相关。
由于实际条件的限制,通过大量的大尺度现场实验来研究破岩机理还存在很多困难。
实验室内小尺寸的破岩实验也不能全面的反映岩体内部缺陷对破岩效果的影响。
如今,随着计算机硬件水平的不断提升,以及各类数值模拟方法和软件的不断完善,通过数值模拟研究岩石破碎成为可能。
数值模拟可以充分考虑岩石非均勾的特性以及复杂的受力条件,具有实验室物理实验和现场实验不可比拟的优势,同时也是物理试验和理论分析的有效延伸。
本文运用rfpa2°动态版数值计算分析软件,考虑岩石材料的非均勾性和缺陷分布的随机性,模拟冲击荷载作用下,岩石的损伤破裂过程。
进一步探讨了节理存在以及动静联合加载下的岩石破坏形态,期望对冲击破岩机理以及矿山开采、險道开挖等实际工程应用有所帮助。
1.2岩石破碎研究现状随着科学技术水平的不断发展,在采矿、油气开发、地质勘探等行业的不懈努力下,破岩方法己从传统的机械钻孔法和常规爆破法发展到现在的超声波法、水射流法、射弹冲击法、水电效应法、火花放电法、等离子体法、电子束法(聚焦电子束、脉冲电子束、高能加速器)、激光法、红外线法、热溶法(电能、核能)、高频法、电热核法、微波法及化学破碎法等[5]。
旋转冲击破岩实验装置的设计与应用
旋转冲击破岩实验装置的设计与应用玄令超;管志川;呼怀刚;李敬皎【摘要】旋转冲击钻井技术是深井、超深井钻井常用的提速措施之一。
实践表明，钻压、钻头转速、冲击力与冲击频率是影响旋冲钻井破岩效率的关键参数，优选旋冲钻井参数有助于提高冲击器的破岩提速效果。
设计了一种新型旋转冲击破岩实验装置，利用齿形振套的碰撞产生冲击载荷，用地质钻机带动钻头破岩。
测量实验表明该装置冲击载荷受弹簧压缩量影响，冲击频率为冲击振套齿数与钻机转速的乘积，冲击过程稳定高效，冲击参数与现场多种旋冲钻井工况有较好的对应。
旋冲破岩实验表明旋冲钻井技术可以显著提高钻头破岩速率；提高冲击载荷幅值，能够提高钻头破岩速率。
旋冲钻井技术存在最适宜钻压，使用不同类型冲击器钻进不同地层时需要对钻压进行优选。
利用该实验装置研究旋冲钻井参数对破岩速率的影响规律，有助于旋冲工具性能参数的设计和优选。
%Rotary percussion drilling technology is one of the ways to increase drilling rate in deep wells and super-deep wells. Practice shows that bit pressure, bit speed, impact force and frequency are the critical parameters which affect the rock breaking efifciency of rotary percussion drilling. Optimization of rotary percussion drilling parameter can help improve rock breaking efifciency of percusson impactor.A new type of rotary percussion rock-breaking experimental apparatus was designed, which uses the impact of tooth-like vibrating sleeve to produce impact load and drive the bit to break rocks using geological drilling rig. Measuring experiment shows that the impact loadof this apparatus is affected by the amount of spring compression, the impact frequecy is the product of the number of sleeve teeth and rigrotating speed, the percussion process is stable and effective and that the percussion parameters correspond well with various rotary percussion drilling conditions on site. Rotary percussion rock-breakig experiment shows that the rotary percussion drilling technology can remarkaly increase the rock-breaking rate, improve the amplitude of impact load and increase the rock-breaking rate of the bit. There is a optimum bit pressure for rotary percussion drilling technology, so bit pressure should be optimized when different types of inpactors are used to drill different formations. Studying the effect law of rotary percussion drilling parameters on rock breaking rate using this experimental apparatus helps design and optimize the performance parameters of rotary percussion tools.【期刊名称】《石油钻采工艺》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】5页(P48-52)【关键词】旋转冲击钻井;破岩实验;实验装置;齿形振套;冲击载荷;等效性分析【作者】玄令超;管志川;呼怀刚;李敬皎【作者单位】中国石油大学华东石油工程学院;中国石油大学华东石油工程学院;中国石油大学华东石油工程学院;中国石油大学华东石油工程学院【正文语种】中文【中图分类】TE24旋转冲击钻井在常规钻进的基础上叠加冲击动载，提高了钻头破岩效率，是深井、超深井钻井常用的提速措施之一［1-3］。
PDC 钻头扭转冲击破岩机理及试验分析
PDC 钻头扭转冲击破岩机理及试验分析李思琪;闫铁;李玮;毕福庆【摘要】扭转冲击载荷作用可以解决由于黏滑振动引起的 PDC 钻头过早失效问题,大大提高机械钻速。
建立扭转冲击载荷作用下的 PDC 钻头单刀翼、多刀翼与岩石相互作用模型,并通过室内试验进行了扭转冲击载荷与静压载荷作用下的钻进对比试验,对 PDC 钻头扭转冲击破岩机理进行研究。
红砂岩试验结果表明：在扭转冲击作用下,钻进相同深度红砂岩,可节约钻进时间36.6%；有扭转冲击作用的 PDC 钻头钻速均高于同等条件下静压载荷下 PDC 钻头的钻速,平均增长幅度为116.8%。
黄砂岩试验结果表明：在扭转冲击作用下,PDC 钻头钻速最高达到静压载荷条件下的152.3%；钻头直径为75mm 的PDC 钻头的最佳比钻压为0.16~0.24kN/mm。
PDC 钻头扭转冲击破岩机理的研究为 PDC 钻头的高效破岩奠定了理论基础。
【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》【年(卷),期】2015(012)002【总页数】5页(P48-51,65)【关键词】扭转冲击;PDC 钻头;黏滑;破岩机理;机械钻速【作者】李思琪;闫铁;李玮;毕福庆【作者单位】东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318;东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆 163318;东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163318;中石油大庆油田分公司第五采油厂试验大队，黑龙江大庆 163513【正文语种】中文【中图分类】TE21PDC钻头作为主要的破岩工具之一，近几年随着深部地层勘探开发比例的增加，其应用比例也随之增加［1，2］。
但由于PDC钻头破岩时产生黏滑振动，引发PDC钻头过早失效，因此大大降低了机械钻速和使用寿命，这是PDC钻头亟需解决的问题之一［3］。
目前有关PDC钻头破岩机理的研究较多。
Chen Yinghua［4］通过试验研究了单个切削齿与岩石的相互作用。
Kaitkay等［5］用单个PDC片在不同静水压力下对岩石进行了切削试验，研究发现切削力会随着切削角度和静水压力的变化而变化。
冲击载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究
０引言花岗岩是钨矿围岩中常见的一种岩石。
目前许多钨矿矿山为了延长矿山服务年限，急需加强矿山外围和深部勘探，这就需要进行大量的矿岩破碎工程。
冲击载荷作用下破碎岩石是目前运用较为广泛的一种破岩方法，但其破岩机理还有待进一步研究。
近年来，非线性科学中的分形理论、系统科学中的突变理论和数值模拟方法等现代科学理论开始渗入岩石破碎研究领域［１－５］，取得了一些成果。
但是，分形理论在岩石破碎中主要被用于研究破碎块度，无法建立破碎结果与破碎的物理机制之间的相互关系；突变理论主要研究系统参数发生微小变化后结构的稳定与否，它在岩石破碎领域的应用目前主要局限于地震与岩爆等由缓慢变形到突然破裂的现象，尚没有用于研究凿岩等由于冲击载荷产生的破坏现象；数值模拟方法是用来沟通理论模型和实验研究的桥梁，但岩石的本构模型准确性、客观性以及岩石性质参数和边界条件还需要加以研究。
因此冲击载荷破岩的数值模拟与试验研究相接合对丰富冲击破岩理论具有重要意义。
１冲击载荷破岩特点１．１岩石断裂形态如图１所示，压头侵入硬岩时一般产生径向、中间和侧向裂纹，同时在压头下方还会形成一个密实核，在钠玻璃上进行侵入试验表明，形成的密实核近似于半球形，其主要特征是发生了剪切变形［６］。
由此可看出侧向裂纹是从剪切变形区底部起裂的。
侧向裂纹一般在卸载过程产生并扩展，中间裂纹产生于加载过程，并在卸载过程有部分弹性恢复；径向裂纹既可产生于加载过程，又可出现在卸载期间，但不论何时产生都在卸载过程继续发展。
１．２冲击破岩特点岩石在冲击载荷作用下将引起应力波在岩石中的传播。
对应力波的描述包括频谱（即频率分布）、能量分布、波速、波长等，同时岩石中裂纹或缺陷也有尺寸分布或谱图，这样便能根据载荷作用特点与具体岩石对象确定微观与细观以及宏观尺度的划分标准，并找出分析重点，从而采用相应的方法来对其动态破坏过程进行研究。
典型的冲击载荷有机械冲击载荷与爆炸冲击载荷。
机械冲击是动能传播到一个系统，其发生传递的时间比该系统的自由振动周期要短。
旋转冲击钻井相关技术分析
我国需 要加 大旋 转 冲击钻井 工具 及技 术研 究直 径井 眼机 械钻速 有 限。（ ２ ） 冲 击式 硬质地层钻进 需要 较大的钻压 ， 机 械钻速很 冲击 回转 式 难提高 。（ ３ ）高 陡易斜构造 地层钻 井低 钻压 回转 冲击 式 吊打 ， 机械钻速有 限。 １ ． １ 组成旋 转冲击钻井工具 的冲击 器分
类
表 １旋转冲击钻井 系统冲击类型及性质
运动方 式 单一 的冲击 振动频率 一 破 岩方式 冲击功 钻 井系统一般 组成 循环 介质 、循环 通道 、
冲击 ＋ 钻 头间断 的回 转 一般 低于 ４ ０ Ｈ Ｚ 主 要是活 塞等的冲 击功 能量 传递工具、破 岩工 冲击 ＋ 钻头连续 的回 转 一般 高于 ４ ０ Ｈ Ｚ 钻头回 转剪切＋ 冲击 功 具、 能量 源 （ 如泵 电
机）
表 ２不 同钻井方式的钻压作用及施压工具 比较
按照 结 构 分 为 ： 阀式 泵 （ 正作 用 、 反作 用、 双作用） 、 射 流式 、 射 吸式 等 ； 按 动力介质 分为 ： 液体 冲 击器 、 气体 冲击 器 、 液 压 冲击 器、 电动 冲击器 。其 中液动冲击器对石油钻 井 的环境具有较强 的适应性 。 研究较少 ， 并且 冲击 器的软件仿真模拟及实验室测试缺乏研究 。旋 １ ． ２旋 转 冲 击 钻 井 技术 的 国 内外 研 究 特 点 分 析 转冲击钻井破岩模 型需要综合利用 弹性力学 ， 材料力学 、 岩石破碎 Ｔ ｅ ｒ ｒ ａ ｌ ｏ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ 公司进行过冲击钻井的实验室模拟 ， 并 用 学理论和波动理论等学科的理论 和方 法进行综合求解 。 专 门的仪器对收集 的信号进行了分析 ， 得 出了岩石在 冲击作用下 的 为加快我 国旋转 冲击钻井技 术的发展 ， 建议从 以下几个方面开 破坏机理【 ｌ １ 。 等将旋转冲击钻具和岩石 的作用模 型简化为弹簧 、 阻尼 展工作 ： （ １ ）研究在具 有 良好的能量传递 效率的基础上 的冲击工具 模型 ， 得 出了岩石在不 同的冲击载荷下的力学行为 以及 冲击能量传 转速 、 频率 、 钻压 、 冲击工具对 钻具振动的影响 ， 冲击工具井 下高温 递 方 式 。 公 司基 于 Ｍｏ ｈ ｒ － Ｃ ｏ ｕ ｌ ｂ ｏ ｍｂ定 理 及 应 力 波 理 论 采 用 环境下的耐冲蚀性能 、 耐磨损能 、 可靠性 ， 各钻 井参 数的匹配 ； （ ２ ）动 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ ２ ． １ ０软件 对岩石在 冲击 下的速度变化及 钻头运 动规律进 载 荷 作 用 下 的 岩层 的可 钻 性 ； （ ３ ）使 用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ３ Ｄ ２ ． １ ０软 件 或 者 行了模拟 ， 该模拟 的缺点是没有考虑钻头的齿 形 、 旋转 ， 及冲击器 内 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 等软件对设计方案进行破岩参数模拟 ，并 进行实验 室模 拟 的流体流动情况１ ３ ］ 。 及 现 场测 验 。 ２旋转冲击钻井系统组成 参 考 文 献 旋转 冲击钻井 的一般情况如表 １ ， 它 在常规的钻井 的基 础上施 ［ １ 】Ｇ ａ ｎ ｇ Ｈ ａ ｎ ， Ｍｉ ｋ ｅ Ｂ ｒ ｕ ｎ ｏ ．Ｌ ａ ｂ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ 加钻 头连续或者 间断 的， 且具有一定频率 大小 的冲击振 动且 具有 一 ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ：ｆ ｒ ｏ ｍ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｔ ｏ ｆ ｕ ｌ ｌ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｌ ｆ ｕ ｉ ｄ ｈ ａ ｍ ｍｅ ｒ【 Ｒ 】 ．Ａ Ｒ ＭＭ 定频率大小 的冲击振动 。 对 于冲击 回转钻井 的关键部件是冲击器及 ＵＳＲＭＳ ０ ６ － ９ ６ ２ ，２ ０ ０ ６ ． 对应 的加压装置 ， 此外 冲击 回转钻井 系统需要钻头具备一定 的耐 冲 ［ ２ ］ Ｓ ａ ｚ ｉ ｄ ｙ ， Ｍ… Ｓ Ｒ ｉ ｄ ｅ ｏ ｕ ｔ ， Ｄ … Ｇ ｅ ｔ ｃ ．Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｄ ｉ ｒ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ 卜 击性 。 ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ Ｖ ｉ ｓ ｃ ｏ － Ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｏ — ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍ ｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ［ Ｒ 】 ． ３旋转 冲击钻 井破岩特点 ＡＲＭＡ １ ０ — ４ ３ ４ ．２ ０ １ ０ ． ３ ． １旋 转冲击钻井破岩是 冲击和 回转的联合作用实现的。因而 【 ３ 】Ｇ ａ ｎ ｇ Ｇ ａ ｎ ，Ｍｉ ｋ ｅ Ｂ ｒ ｕ ｎ ｏ ，ｅ ｔ ｃ ．Ｄ ｙ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｌ ａ ｌ ｙ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｃ ｋ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ 钻头牙齿 回转时 ， 牙齿可 以剪切破坏 由于冲击产生裂纹而没有崩离 ｉ ｎ ｐ ｅ ｒ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ［ Ｒ ］． Ａ Ｒ ＭＡ ／ Ｕ Ｓ Ｒ Ｍ Ｓ ０ ５ — ８ １ ９ ， ２ ０ ０ ５ ． 的脊部 ， 促进 了压碎作用和剪切体的产生 。对于旋转钻井在静压及 ［ ４ 】林元华． 冲击 回转钻井技 术研 究【 Ｄ 】 ． 成都： 西南石 油大学， １ ９ ９ ９ ． 扭转作用下 ， 能量不断在钻柱上聚集 ， 存在着钻头卡钻及粘滑现象 。 ［ ５ 】李 国华． 岩石力学及破碎岩 工具【 Ｄ 】 ． 北京： 中国石 油大学， ２ ０ ０ ４ ． ３ ． ２旋转 冲击钻井破岩是静压和动载联合作用 实现 的。冲击式 ［ ６ 】徐芝纶． 弹性力学 简明教程［ Ｍ】 ． 北京： 高等教 育出版社， ２ ０ ０ ２ ． 加载为快速加 载 ， 岩石局部应力集 中还来不及 重新 分布而使岩石从 很 多具有 弱面结构 的地方 开始破坏 ，因此形 成的破碎角度 变化不 大、 破碎坑较均匀 。 静压加载为慢速加载 ， 岩石 只从一个或少数弱面 扩展 ， 因此形成了破岩坑尺 寸变化大 ， 破 碎坑形状不规则 。 ４ 钻压 在 旋 转 冲 击钻 井 中 的作 用 表 ２为旋转钻井和旋转冲击钻井相 关的 比较 。在大位移井 、 深 井、 水平井或 井眼轨迹 比较 复杂的井眼 ， 研究如何通 过冲击钻井工 具 向钻 头 施 加 准 确 钻 压 具 有重 要 意 义 。
冲击回转碎岩机理研究
冲击回转碎岩机理研究
孙琦;杨甘生
【期刊名称】《断块油气田》
【年(卷),期】2012(000)0z1
【摘要】地下岩体中,天然地存在有许多微观裂纹与节理.在钻头的冲击回转合作用中,冲击使近钻头的岩石发生裂纹断裂、破碎,形成破碎小坑；使远离钻头的岩石中的微观裂纹扩展、连通、甚至断裂；在离钻头更远区域,使岩石产生新的微观裂纹.回转使冲击产生的破碎小坑沿圆周方向扩大；并使钻头上的金刚石颗粒换位.在回转冲击的联合作用下,岩石中的裂纹不断产生、扩展、断裂,从而达到高速碎岩的目的.本文简单回顾了冲击破碎岩石理论的发展,并着重从与冲击回转钻井技术密切相关的角度从数量关系上介绍了裂纹的萌生和扩展.更分别介绍了冲击作用和回转作用分别对岩石中裂纹的萌生与扩展的影响.
【总页数】3页(P100-102)
【作者】孙琦;杨甘生
【作者单位】中国地质大学(北京)深部地质钻探技术国土资源部重点实验室,北京100083;中国地质大学(北京)深部地质钻探技术国土资源部重点实验室,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TE21
【相关文献】
1.冲击回转碎岩机理探讨 [J], 杨甘生
2.冲击回转碎岩机理试验研究 [J], 常玉军;殷琨
3.冲击回转钻进的碎岩特点和效果 [J], 袁公昱
4.气动潜孔锤球齿碎岩机理研究 [J], 朱丽红;殷琨;黄勇
5.基于冲击载荷的硬质合金球齿碎岩机理研究 [J], 杨达;陈宝义;曹宏宇;曹金娥;崔国庆
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一种可回转冲击式破岩钻具研制
一种可回转冲击式破岩钻具研制2.煤矿深井建设技术国家工程实验室（淮北），安徽淮北 2350003.安徽省特殊凿井工程技术研究中心，安徽合肥 230001摘要：回旋钻机凿井法作为特殊凿井的主要工法之一，其在硬岩施工效率一直受到成本与环境因素的限制。
结合回转钻机凿井法的发展趋势，考虑影响钻机钻井的影响因素，诸如：钻机能力、破岩刀具、钻渣携带以及钻机机械化、智能化等因素，通过冲击钻机冲击破岩原理引用到回转钻机上，开发出可实现冲击破岩联合回转钻机的复合新型可回转冲击式破岩钻具。
该钻具把传统低成本冲击钻机冲击破岩原理引用到回转钻机上，通过调整钻具的结构以及改变钻具的工作原理，在不需要改变任何钻进设备的前提下提高破岩效率，达到施工效率高、降低施工成本的目的。
关键词：特殊凿井；回转钻机；冲击破岩；破岩效率1.引言随着我国经济发展，桥梁工程逐渐从陆地、内河走向海洋，而且直径也越来越大，对桥梁灌注桩成孔时间要求越来越短，如何提高钻孔灌注桩尤其是大直径硬岩桩的施工效率成了目前钻孔施工行业共同探索和为之奋斗的目标。
特殊凿井法作为井（桩）工程施工的主要工法之一，近年来随着科技的发展，大型装备出现，其适用范围越来越广，为祖国基本建设的发展发挥了重要作用。
特殊凿井法中目前在桥梁工程、市政污水处理工程、海洋风电工程等的桩基施工中，应用最广的为冲击钻机凿井法、回旋钻机凿井法、旋挖钻机凿井法，这几种凿井法各有特点，受各种因素限制。
总的来说，回旋钻机凿井应用最为广泛，适应性最强，也是最安全的一种特殊凿井法[1、2]，但是回旋钻机凿井法在硬岩施工效率也是一直受限，如何提高回旋钻机在硬岩施工中的效率，是迫切需要解决的一个难题。
本文重在研制一套可回转冲击式破岩钻具，并对其破岩破岩机理进行了研究，以达到提高破岩效率，实现高效低成本的目的。
1.可回转冲击式破岩技术的基本原理1.技术路线可回转冲击式破岩钻井新技术的基本思路，是把传统低成本冲击钻机冲击破岩原理引用到回转钻机上，解决传统冲击钻机受其结构和提升方式限制以及提升力小锤头重量和作业深度限制，回转钻机具有大提升力，可以加大冲击钻头重量和实现深孔施工，克服传统冲击钻机的缺点；利用回转钻机反循环携带钻渣功能，便于携带钻渣，克服传统冲击钻机钻渣靠泥浆浮力上升排渣不畅的缺点；利用回转钻机回转功能，可以边冲击边回旋，有利于清理孔底工作面岩；利用回转钻机钻具至地面钻机采用钻杆钢性连接，保证冲击大直径钻头在工作中不会侧翻且能安装扶正器有利于保证孔（井）的垂直度。
冲击旋转破岩过程分析_张洪勇
力的同时，对岩石增加一个冲击力，从而提高钻头的破岩效率。文章通过调研分析，研究了冲击旋转破岩的过程，通过研究对于
提高石油钻井钻头破岩效率，提升钻井速度，降低钻井成本提升效益具有积极的作用。
关键词：冲击；旋转；破岩；效率；冲击力
中图分类号：TE242.9 文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2015）14-0172-01
参考文献：
［１］ 刘晓军．ＨＴ－Ｌ航天加压粉煤气化技术发展及应用［Ｊ］．全国煤气化技术 通讯，２０１２，（３）．
［２］ 付长亮．现代煤化工生产技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９． ［３］ 于遵宏，于广锁．多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究开发与产业化
应用［Ｊ］．中国科技产业，２００６，（２）．
（上接第172页） 通过研究分析得到影响旋转冲击钻井钻头冲击效果的主
要因素有：钻压、转速、泥浆泵的排量等。值得注意的是，旋转冲 击钻井并不适合所有情况，具有一定的适用条件。在实际应用 的过程中，需要结合地层的实际，选择合适的方式。
3结语
既能够保证和岩石具有充足的接触时间，还能够尽量增大单位 时间内钻头的冲击次数。交变的冲击载荷作用下，岩石会产生 大量的裂纹，随着裂纹的不断产生，岩石的强度迅速下降，随着 钻头的继续旋转冲击，导致岩石发生大的体积破碎。通过研究 旋转冲击钻井的破岩机理，对提高钻头的破岩效率，提升钻井 机械钻速具有重要的作用。
参考文献：
［１］ 蒋宏伟，黄成，王克雄，等．射吸式液动冲击器内部流场数值模拟研究［Ｊ］． 石油机械，２００７，（９）．
［２］ 菅志军，张文华，刘国辉．石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势 ［Ｊ］．石油机械，２００１，（１１）．
钻头的旋转速度对于破岩效率也具有较大的影响，这是由 于随着钻头旋转速度的增大，钻头和岩石的冲击作用时间降 低，导致岩石的反应时间缩短，影响到钻头冲击破岩的效率。但 如果旋转的速度过慢，将导致单位时间冲击岩石的次数减少， 同样会减小岩石的破碎效率。因此需要一个合理的钻头转速， 既能够保证和岩石具有充足的接触时间，同时还能够尽量增大 单位时间内钻头的冲击次数。
动高压冲击下岩石破裂机理及相变研究
第28卷第10期 岩 土 力 学 V ol.28 No.10 2007年10月 Rock and Soil Mechanics Oct. 2007收稿日期：2006-07-03基金项目：武汉理工大学基金项目（No. 2003XJJ083）资助。
作者简介：叶涛，女，1972年生，博士研究生，副教授，主要从事粉体工程及电子显微技术的研究。
E-mail ：whyetao@文章编号：1000－7598－(2007) 10－2197－06动高压冲击下岩石破裂机理及相变研究叶 涛，张柱银（武汉理工大学 机电工程学院，武汉 430070）摘 要：用高压气体炮作为原动力，在不同的冲击应力加载条件下，加速平板飞片撞击角闪岩样品。
对回收样品应用SEM 、XRD 及RAM 谱仪进行了宏观和微观研究，确定了样品出现的破裂起始阶段应力强度以及其裂纹的扩展形态，从而对岩石样的破坏过程进行了量化研究，并阐释了裂纹形成的机理和相变的存在。
实验表明，动高压冲击下岩石破裂机理及相变的研究，可为矿山开采、建筑工程等爆破及应用提供相关的理论依据。
关 键 词：动高压；岩石；破裂机理；相变 中图分类号：TU 458+.3 文献标识码：AExperiment on fracture mechanism of rocks under dynamic high-pressureYE Tao, ZHANG Zhu-yin(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)Abstract: By using the high pressure gas gun as power to accelerate plane plate, and the amphibole samples, which were subjected to the plane plate impacted with different impulses, have been recovered. Then these recovered amphibole samples have been studied by some micro-mine research techniques such as SEM, XRD and RAM. In this research, the stress intensity in the beginning phase of crack appearing and the extending shape of cracks have been confirmed. Based on the analyses of micro-examination for these recovered samples, the formation principle of crack is expounded and proved there is phase transition in the amphibole. These experimental results can provide a kind of new theoretic basis for the further studying of the explosion in mine exploitation, architecture engineering, etc.Key words: dynamic high-pressure; rock; fracture mechanism; phase transition1 前 言岩石是一种复杂的工程介质，其力学性质与金属材料、聚合物等人工材料有很大的差别。
旋转冲击钻井技术研究与应用
旋转冲击钻井技术研究与应用发布时间：2021-03-04T10:56:24.820Z 来源：《科学与技术》2020年10月29期作者：刘伟[导读] 旋转冲击钻井技术中气动旋转冲击钻井技术以及液动旋转冲击钻井技术的应用比较广泛，刘伟胜利石油工程有限公司海洋钻井公司摘要：旋转冲击钻井技术中气动旋转冲击钻井技术以及液动旋转冲击钻井技术的应用比较广泛，且表现出良好的应用效果，在结合旋转冲击钻井技术的原理和特点对其应用效果进行分析之后，也对此技术在石油钻井领域中的应用前景进行展望，为了旋转冲击钻井技术会不断提高来拓宽其应用范围，并推动石油钻井技术以及其应用水平的不断提高。
关键词：旋转冲击钻井技术；机械钻速；液动冲击器；破碎速度1 石油钻井中旋转冲击钻井技术原理在石油钻井中应用旋转冲击钻井技术的原理就是在普通的旋转钻井工程条件下对冲击器的作用和功能进行额外增加。
通常需要在石油井底的上端进行冲击器的增设，或者是增设在岩心管的上端。
冲击器的应用利用的是井底高压气体以及钻井液推动时产生的动力而进行运动，当冲击器与钻头进行撞击时，二者的冲击动载以及静压旋转会共同作用来实现岩石的破碎。
在这二者的共同作用下不仅会进行大体积的破碎以及提高破碎岩石的运动速度，还可以进行岩石裂隙的扩张。
2 旋转冲击钻井技术的特点旋转冲击钻井技术的特点主要有以下几点：一是其对岩石进行破碎的原理不是进行淹没破碎，而且进行体积破碎的方式，因此具有较高的钻井效率。
二是冲击器的使用可以对钻头的摩擦进行有效减少，因而延长了钻头的使用寿命。
三是在对岩石进行破碎时是通过钻头的冲击压力以及冲击器的回转刮削能力的共同作用来完成的。
四是冲击器对岩石进行破碎的过程属于高频率运动，通常不会对钻头造成不利影响，因而可以提高岩石破碎成型的质量以及形成具有较为规则的井眼。
五是在岩石破碎等钻井过程中钻压相对比较小而且钻速也比较低，因此对于钻柱受力情况的改变具有重要作用。
3 石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用与效果本文介绍石油钻井中旋转冲击钻井技术的原理和表现出的特点，具体分析旋转冲击钻井技术中气动和液动旋转冲击技术的应用情况和应用效果，并对未来旋转冲击技术在石油钻井领域中的应用前景进行展望。
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石油钻井是实现井下油气进入井口通道的重要流程，通过 不断提高石油钻井速度，可以降低钻井周期，节约成本。冲击旋 转钻井是在常规钻井基础上，在钻头和岩石的接触面上，除了 具有钻头的静压力之外，还对钻头施加了脉冲压力。当岩石发 生的塑性变形达到一定程度，岩石开始发生破碎。导致岩石能 够破碎的应力会随着载荷速度增加而逐渐增大，岩石的塑性变 形将会得到抑制，岩石的脆性增大。需要一个合理的钻头转速，
钻头的旋转速度对于破岩效率也具有较大的影响，这是由 于随着钻头旋转速度的增大，钻头和岩石的冲击作用时间降 低，导致岩石的反应时间缩短，影响到钻头冲击破岩的效率。但 如果旋转的速度过慢，将导致单位时间冲击岩石的次数减少， 同样会减小岩石的破碎效率。因此需要一个合理的钻头转速， 既能够保证和岩石具有充足的接触时间，同时还能够尽量增大 单位时间内钻头的冲击次数。
而且两个牙轮间对岩石的冲击位置距离较远，两者的相互 协同叠加作用不明显，很难实现岩石大体积破碎。而旋转冲击 钻井则利用轴线的冲击作用，在牙齿压入到岩石之后，还会对 岩石表面产生冲击作用，冲击次数不仅仅是一次，冲击的频率 较高，因此对岩石的冲击次数增多，而且每个冲击岩石的位置 距离不是较近，可以实现岩石冲击破岩的叠加。从而有效的提 高了钻头破岩效率，文章通过研究，分析了旋转冲击钻井过程 中，岩石破碎的过程和影响因素，通过研究对于充分认识旋转 冲击钻井的作用机理具有积极的意义。
硬以上的地层，这种作用就非常明显，通过钻头的旋转冲击，可
以有效的提高岩石的破碎效率，提高硬地层的钻井速度。
影响钻头旋转冲击作用的因素较多，通过对各个影响因素
的分析，得到各个因素对旋转冲击的影响大小，进而有针对性
的进行钻头的改进优化，合理的设置钻头冲击参数，最大限度
提高钻头的冲击效果。
（下转第176页）
％ 结果 ３２．８２ １２．１９ １０．１２ １６．０８ ２．７２ ７．２７ ２．３８ ０．１８ ０．２８ １５．７３ ０．３５
术比较合适。五彩湾露天煤水分含量都在２５．０％以上，粉煤气 化技术需要原料煤中水分含量在１０％以下，否则粉煤输送过程 中易堵塞管道，如果在进气化炉之前进行原料煤干燥，会增加 蒸汽消耗，从而增加能耗；五彩湾露天煤挥发份高，干燥时容易 形成爆炸性混合物，安全性降低。五彩湾露天煤的成浆性差，且 水分含量高，也不适合水煤浆气化；采用碎煤加压气化技术有 大量副产品，焦油、酚、氨等的产生，产品丰富，提高了企业抗风 险的能力。
参考文献：
［１］ 蒋宏伟，黄成，王克雄，等．射吸式液动冲击器内部流场数值模拟研究［Ｊ］． 石油机械，２００７，（９）．
［２］ 菅志军，张文华，刘国辉．石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势 ［Ｊ］．石油机械，２００１，（１１）．
因此随着岩石冲击动载荷的增大，岩石脆性增大，岩石的 强度增加。在旋转冲击钻井过程中，牙轮钻头对岩石造成的冲 击变形，主要是由于三轴应力的不同造成的。当岩石受到的应 力超过岩石的抗剪强度极限后，会导致岩石的冲击破碎。
作者简介：张洪勇，胜利工程有限公司海洋钻井公司胜利九号平台。
经过岩石的脆塑性破坏，导致岩石不断的破碎。岩石的破 碎效率主要和单位面积岩石受到的应力有关，而且和钻头的旋 转速度具有较大关系。当单位面积岩石受到的应力比岩石的硬 度小时，不能导致岩石发生裂纹，钻头仅能够在岩石表面磨削。 当单位面积岩石受到的力和岩石硬度值相当时，可以使岩石产 生一系列的裂纹，经过钻头不断的压入和旋转作用，有效的提 高了岩石的破碎效率。当单位面积岩石受到的应力远大于岩石 的硬度时，在钻头旋转冲击的过程中，钻头可以的冲击压入岩 石，使岩石发生大的体积破碎，这种情况下，产生的冲击破岩体 积最大，岩石的破碎效率最高。
表１ 原料煤的元素分析
％
元素 碳
氢
氮
氧
硫
磷
氯
含量 ８１．７７ ３．２１ ０．８７ １０．８９ ０．２１ ０．０２ ０．０６
表２ 原料煤的工业分析 项目 收到基低位发热量／ＭＪ·ｋｇ－１ 干燥无灰基挥发分／％ 接收基灰分／％ 接收基水分／％ 空气干燥基水分 灰熔融温度／℃ 灰软化温度／℃ 灰变形温度／℃ 可磨指数 热稳定性ＴＳ＋６／％ 黏结指数
用，钻头的冲击载荷将会大大增大钻头的冲击力，冲击频率的
增大，导致岩石发生变Hale Waihona Puke 量增大。在交变冲击载荷作用下，岩石
会产生大量的裂纹，随着裂纹的不断产生，岩石的强度迅速下
降，随着钻头的继续旋转冲击，导致岩石发生大的体积破碎，从
而有效的提高岩石的破碎效率，提高石油钻井的机械钻速。在
地层较软的情况下，钻头的旋转冲击作用不太明显，但是在中
结果 ２０．３５ ３２．４ ８．８２ ２５．２ １５．７４ １２６７ １２０１ １１６４ １２１ ６０．５ ４．６７
3建议
综上所述，根据当前工业上大量采用的煤气化技术分析五 彩湾露天煤的煤质，五彩湾的煤气化技术选择碎煤加压气化技
表３ 原料煤的灰分分析 检测项目
ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ３ ＣａＯ ＭｇＯ Ｎａ２Ｏ Ｋ２Ｏ ＴｉＯ２ ＭｎＯ３ ＳＯ３ Ｐ２Ｏ５
第 ３４ 卷第 １４ 期 Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．１４
企业技术开发 TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE
２０１５ 年 ５ 月 Ｍａｙ．２０１５
冲击旋转破岩过程分析
张洪勇
（胜利工程有限公司 海洋钻井公司胜利九号平台，山东 东营 257000）
摘 要：随着石油钻井难度不断增大，如何提高石油钻井的效率和效益显得非常关键。冲击旋转破岩是在钻头对岩石产生静压
在当前低油价的大环境下，如何不断地提高石油钻井的效 益，降低钻井成本，是石油钻井必须要考虑的问题。通过提高井 下钻头的破岩效率，可以有效地提高石油钻井的机械钻速，提 升石油钻井的效益。
石油钻井是井下钻头破碎岩石的过程，通过分析井下钻头 的破岩机理，得到钻头破岩的过程和影响因素，通过不断地改 进优化，可以有效的提高石油钻井钻头的破岩效率，降低钻井 成本。冲击旋转钻井是在常规钻井的基础上，在钻头和岩石的 接触面上，除了钻头施加的静压力之外，钻头对岩石还施加了 脉冲压力。和常规的旋转钻井相比，有效地提高了岩石破岩效 率，改善了岩石的受力条件。虽然常规三牙轮钻头破岩也具有 冲击的作用，但是常规牙轮钻头破岩的冲击频率不高，牙轮钻 头冲击频率仅仅和钻杆的旋转频率一样。
1 旋转冲击破岩的过程和机理分析
通过对岩石的力学分析得到，岩石强度不是固定不变的。 岩石的强度会随着外界条件的不同而发生变化。通常情况下岩 石的强度会随着外界压力的增大而不断增加，但是当围压大于 某一个值后，岩石的强度增加量就不是很大了，岩石强度增加 量趋于稳定。在外界压力增大的过程中，岩石的脆塑性也会发 生较大的变化，围压增大后脆性岩石会逐渐的发展成脆塑性。 当岩石产生的塑性变形达到一定程度，岩石开始发生破碎。导 致岩石产生破碎的应力，会随着载荷速度增加而逐渐增大，岩 石的塑性变形会得到抑制，岩石的脆性增大。
（上接第172页） 通过研究分析得到影响旋转冲击钻井钻头冲击效果的主
要因素有：钻压、转速、泥浆泵的排量等。值得注意的是，旋转冲 击钻井并不适合所有情况，具有一定的适用条件。在实际应用 的过程中，需要结合地层的实际，选择合适的方式。
3结语
既能够保证和岩石具有充足的接触时间，还能够尽量增大单位 时间内钻头的冲击次数。交变的冲击载荷作用下，岩石会产生 大量的裂纹，随着裂纹的不断产生，岩石的强度迅速下降，随着 钻头的继续旋转冲击，导致岩石发生大的体积破碎。通过研究 旋转冲击钻井的破岩机理，对提高钻头的破岩效率，提升钻井 机械钻速具有重要的作用。
１７６
企业技术开发
２０１５ 年 ５ 月
且耐火砖寿命长。但是要求煤的成浆性好，灰分低、灰熔点低。
2 五彩湾煤质分析
五彩湾矿区露天煤矿多、产量大、碱金属含量高、水分含量 高、属于低灰、低硫、低磷、低灰熔点、结渣严重、成浆性较差的 稳定性煤种。具体煤质分析见见表１￣表３。原料煤的元素分析 见表１，原料煤的工业分析见表２，原料煤的灰分分析见表３。
参考文献：
［１］ 刘晓军．ＨＴ－Ｌ航天加压粉煤气化技术发展及应用［Ｊ］．全国煤气化技术 通讯，２０１２，（３）．
［２］ 付长亮．现代煤化工生产技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９． ［３］ 于遵宏，于广锁．多喷嘴对置式水煤浆气化技术的研究开发与产业化
应用［Ｊ］．中国科技产业，２００６，（２）．
2 冲击旋转破岩的特点分析
旋转冲击钻井将钻头的旋转作用和冲击作用结合起来，形
成了井下钻头的旋转冲击破岩。实现旋转冲击钻井的方法有很
多，基本上都是通过在井下增加一套形成钻头冲击作用的工
具，通过工具的作用，对钻头施加高频的冲击振动，在钻头静压
作用的下，辅助钻头的冲击破岩作用，有效的提高岩石的破碎
效率。
通过增加钻头的冲击频率后，相当于增加了钻头的冲击作
力的同时，对岩石增加一个冲击力，从而提高钻头的破岩效率。文章通过调研分析，研究了冲击旋转破岩的过程，通过研究对于
提高石油钻井钻头破岩效率，提升钻井速度，降低钻井成本提升效益具有积极的作用。
关键词：冲击；旋转；破岩；效率；冲击力
中图分类号：TE242.9 文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2015）14-0172-01