旋冲钻井技术

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一、概
述（之五）
在石油钻井应用的优越性和可行性：
1、能够大幅度提高硬脆性、破碎性地层钻井速度；
2、钻头磨损慢，钻头寿命延长，可降低钻井成本；
3、提高井身质量，减少钻具损坏，尤其对于深井 硬地层需要赚冲钻井技术； 4、有利于录井； 5、石油钻井设备和钻具可以满足旋冲钻井技术要求。
二、旋冲钻井工具分类及各自特点（之一）
二、旋冲钻井工具分类及各自特点（之三）
阀式双作用冲击器
三、旋冲钻井破岩特点（之一）
◆旋转钻进破岩特点
牙轮钻头在井底的运动，是一复合运动，除公转和自转外，
还有轴向纵振及牙轮的滑动。即 ①冲击、压碎作用； ②滑动剪
切作用
◆旋冲钻井破岩特点
◆旋冲钻井破岩过程
◆影响旋冲钻井破岩效果的因素
三、旋冲钻井破岩特点（之二）
八、旋冲钻井室内测试（之一）
测试方法有：触点法、感应法、声波法等
八、旋冲钻井室内测试（之二）
计算与实际拟合曲线
九、强度校核
★按第三强度理论校核
一、概
述（之一）
定义：旋冲钻井技术就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。旋冲钻井属井下动力钻井的一种钻 井方法 ，它是由冲击载荷与静压旋转联合作用破碎 岩石。 旋冲钻井的钻具结构是： 钻头＋冲击器＋钻铤＋钻杆＋方钻杆，地面设备和常 规钻井一样。
旋 冲 钻 井 破 岩 特 点：
在旋冲钻进过程中，牙轮钻头除受到旋转钻井过程
中的静载荷和动载荷外，冲击器还对钻头施加一个高频
的冲击载荷，这样岩石产生形变所需时间缩短，变形速 度增大，被冲击点还来不及对作用力重新分配，应力变 化很快接近或超过强度极限，使岩石脆性增加塑性下降。 硬度较高的岩石抗压强度高，脆性大，受到交变冲击载 荷后，岩石中裂缝扩展，强度降低，容易破碎形成坑穴 和产生剪切体，有利于体积破碎的产生。。
旋冲钻井技术
目
录
一、概述 二、旋冲钻井工具分类及各自特点 三、旋冲钻井破岩特点分析 四、旋冲钻井对钻头寿命影响分析 五、射流式冲击器工作原理 六、射流式冲击器工具机构设置 七、射流式冲击器设计模型的建立及辅助设计软件的开发 八、旋冲钻井冲击器室内测试 九、冲击器整体强度校核 十、旋冲钻井技术应用 十一、发展方向 十二、结论与建议 附录：
一、概
述（之二）
160 140 120 100 80 60 40 20 0 Soft Hard 常规钻井 旋转冲击钻井
旋冲钻井与旋转钻井钻速对比图 POP of Percussion Drilling VS.Conventional Drilling
一、概
述（来自百度文库三）
技术由来：随着钻井深度的增加和勘探领域的不断 扩大，以及适应石油钻井的需要，特别稳定东部、 发展西部、储备南方海相的战略决策，需要有一种 适应新时期石油钻井技术来解决硬地层钻井效率的 技术。
冲击器按工作介质不同分为：
气动冲击器（潜孔锤）【用于浅井】 液动冲击器 【用于石油钻井深井中】
油压冲击器
【用于工厂车间】
电动冲击器（冲击钻）【用于地面工作】
按冲击器结构不同分： ◆ 阀式正作用 ◆ 阀式反作用 ◆ 阀式双作用 ◆ 射流式
二、旋冲钻井工具分类及各自特点（之二）
阀式正作用冲击器
阀式反作用冲击器
① ② ③ 6mm 8mm 12mm
七、射流式冲击器设计模型的建立及 辅助设计软件的开发（之一）
冲击器软件设计简要流程图
七、射流式冲击器设计模型的建立及 辅助设计软件的开发（之二）
射流式冲击器设计模型
一、回程阶段数学模型
11 dx 2 x s0 v0t 1 b s s P P s mg c 1 2 b 1 3 t 2 m dt
二、冲程阶段数学模型
x s0 v0 t 11 dx 2 ' ' b 1 s1 P Pb (s1 s2 ) mg c3 t 2m dt
三、流体流动损失的计算 四、水击压力计算
七、射流式冲击器设计模型的建立及 辅助设计软件的开发（之三）
冲击器计算机设计结果输出
三、旋冲钻井破岩特点（之四）
影响旋冲钻井破岩效果的因素
冲击功
冲击频率 转速 钻压

四、旋冲钻井对钻头寿命影响分析

◆牙轮钻头井底运动状态 ◆旋冲钻井对牙轮钻头使用寿命影响
五、旋冲钻井对钻头 寿命影响分析（之一）
液动冲击器的结构设计原则是:
①该钻具无论在何种情况下不影响钻 井液的正常循环; ②钻井液循环时钻头承受钻压后能自 动操作； ③冲击器适合满足井眼条件要求的钻 井液流； ④可通过钻井液流量调节冲击器性能 参数。 ⑤冲击器在井下配合单只钻头使用。
五、旋冲钻井对钻头寿命影响分（之二）
液动射流式冲击器的结构及工作原理
六、液动射流式冲击器机构设置（之一）
1.射流元件的优化设计
六、液动射流式冲击器机构设置（之二）
2.防空打机构设计
防空打机构原理图
六、液动射流式冲击器机构设置（之三）
3.冲击器整体结构优化设 流体分流途径示意图
配置分流孔直径：
三、旋冲钻井破岩特点（之三）
旋 冲 钻 井 破 岩 过 程：
①首先，孔底不规则的表面被压平； ②作用力逐渐增加，接触处产生弹性变形； ③作用力继续增加，钻头下面的岩石，开始出现微裂纹，外
侧边界处的应力集中线向外形成放射性的裂纹；
④两个主要裂纹在岩石中形成一个长而窄的岩屑压碎和压实， 形成破碎区，岩石表面突然破裂，出现许多贝壳状的碎块； ⑤作用力增长变慢，两侧产生的剪切体因工具的吃入而崩裂 排出作用力下降，形成一个破碎坑； ⑥在旋转作用下，两坑穴间的脊部被剪切掉，形成体积破。 。
一、概
述（之四）
旋冲钻井技术现状及发展简史
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1900—1905年俄国设计了冲击器； 50年代，美国研制了阀式反作用冲击器，用于处理事故；
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70年代，在地质岩芯钻探发展迅速；
80年代，在地质岩芯钻探发展已经日趋成熟，结构多样化； 90年代，我所率先进行石油旋冲钻井技术研究，并进行了9 次入井试验，机械钻速平均提高30—50%； 90年代后期，我国许多石油、地质院校及科研院所相继开展 研究。