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1、Your company sloganYour company slogan冲击旋转钻井技术在煤层气勘探开发中Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望Your company sloganYour company slogan 冲击旋转钻井的概念冲击旋转钻井的概念冲击旋转钻井的概念冲击旋转钻井的概念1 1 冲击旋转钻井破岩机理冲击旋转钻井破岩机理冲击旋转钻井破岩机理冲击旋转钻井破岩机理 2 2 冲击旋转钻井设备及工作原理冲击旋转钻井设备及工作原理冲击旋转钻井设备及工作原理冲击
2、旋转钻井设备及工作原理3 3 冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术的优点 4 4Your company sloganYour company sloganRelated Documents1 冲击旋转钻井的概念冲击旋转钻井的概念 Your company sloganYour company slogan2. 2. 冲击旋转钻井破岩机理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冲击旋转钻井就是在普通旋转钻井的基础上, ,再加上一再加上一个冲击器。冲击器是一种井底动力机械个冲击器。冲击器是一种井底动力机械, ,一般是连接到井底一般
3、是连接到井底钻头或岩芯管的上端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依靠钻井液的能量推动其活塞冲锤上下运动下运动, ,撞击钻头。钻头在冲击动载和静压旋转的联合作用撞击钻头。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下破碎岩石。冲击力不同于静压力, ,它是一种加载速度极大它是一种加载速度极大的动载荷的动载荷, ,作用力在极短的时间内变化幅度很大。由图作用力在极短的时间内变化幅度很大。由图1 1知知, ,冲击力在几微秒内由零上升至几十千牛冲击力在几微秒内由零上升至几十千牛, ,再经几百微秒又重再经几百微秒又重新下降至零。新下降至零。 冲击力随时间的变化关系冲
4、击力随时间的变化关系 Your company sloganYour company slogan2. 2. 冲击旋转钻井破岩机理冲击旋转钻井破岩机理 实践证明实践证明, ,外载作用的速度对岩石力学性质有较大的外载作用的速度对岩石力学性质有较大的影响影响, ,特别是其对岩石的弹性及塑性的影响。根据固体力特别是其对岩石的弹性及塑性的影响。根据固体力学理论学理论, ,岩石变形与应力之间的关系为岩石变形与应力之间的关系为=Ex+dx/dt(1)=Ex+dx/dt(1)式中式中,为应力为应力;E;E为弹性模量为弹性模量;x;x为形变为形变;为粘滞系数为粘滞系数;t;t为为荷载作用时间。荷载作用时间。
5、由前所述由前所述, ,冲击动载作用时间极短冲击动载作用时间极短, ,式式(1)(1)中第中第2 2部分部分增大增大, ,岩石应力很快接近或超过强度极限岩石应力很快接近或超过强度极限, ,发生脆性变形。发生脆性变形。可见可见, ,随冲击速度的增加随冲击速度的增加, ,岩石的塑性降低岩石的塑性降低, ,表现为塑性体表现为塑性体向脆性体转化的趋势。冲击动载的这种特性有利于岩石中向脆性体转化的趋势。冲击动载的这种特性有利于岩石中裂隙的扩张裂隙的扩张, ,形成大体积的破碎形成大体积的破碎, ,提高破碎岩石的速度。提高破碎岩石的速度。Your company sloganYour company slog
6、an3. 冲击旋转钻井设备及工作原理 冲击旋转钻井设备与常规的旋转钻井设备基本相同，其冲击旋转钻井设备与常规的旋转钻井设备基本相同，其冲击旋转钻井设备与常规的旋转钻井设备基本相同，其冲击旋转钻井设备与常规的旋转钻井设备基本相同，其主要区别在与冲击旋转钻多了一个专用的冲击器，它是一主要区别在与冲击旋转钻多了一个专用的冲击器，它是一主要区别在与冲击旋转钻多了一个专用的冲击器，它是一主要区别在与冲击旋转钻多了一个专用的冲击器，它是一种井底动力机械种井底动力机械种井底动力机械种井底动力机械, , , ,一般是连接到井底钻头或岩芯管的上端，一般是连接到井底钻头或岩芯管的上端，一般是连接到井底钻头或岩芯管
7、的上端，一般是连接到井底钻头或岩芯管的上端，它是冲击旋转钻井中的核心工具，它的性能优劣决定了冲它是冲击旋转钻井中的核心工具，它的性能优劣决定了冲它是冲击旋转钻井中的核心工具，它的性能优劣决定了冲它是冲击旋转钻井中的核心工具，它的性能优劣决定了冲击旋转钻井的效率和效益。由于常规旋转钻井设备大家都击旋转钻井的效率和效益。由于常规旋转钻井设备大家都击旋转钻井的效率和效益。由于常规旋转钻井设备大家都击旋转钻井的效率和效益。由于常规旋转钻井设备大家都比较熟悉，因此这里只介绍冲击器的结构及工作原理。比较熟悉，因此这里只介绍冲击器的结构及工作原理。比较熟悉，因此这里只介绍冲击器的结构及工作原理。比较熟悉，因
8、此这里只介绍冲击器的结构及工作原理。 冲击器的种类很多其主要包括如下冲击器的种类很多其主要包括如下冲击器的种类很多其主要包括如下冲击器的种类很多其主要包括如下: : : :阀式正作用冲击器、阀式正作用冲击器、阀式正作用冲击器、阀式正作用冲击器、阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器( ( ( (含活阀式和节流式含活阀式和节流式含活阀式和节流式含活阀式和节流式) ) ) )、气动冲击器、机械式冲击器、射吸式冲击器、射流式冲、气动冲击器、机械式冲击器、射吸式冲击器、射流式冲、气动冲击器、机械式冲击器、
9、射吸式冲击器、射流式冲、气动冲击器、机械式冲击器、射吸式冲击器、射流式冲击器、背压式冲击器等。下面以击器、背压式冲击器等。下面以击器、背压式冲击器等。下面以击器、背压式冲击器等。下面以2 2 2 2种常用类型的冲击器为例种常用类型的冲击器为例种常用类型的冲击器为例种常用类型的冲击器为例说明一下冲击器的结构及工作原理。说明一下冲击器的结构及工作原理。说明一下冲击器的结构及工作原理。说明一下冲击器的结构及工作原理。Your company sloganYour company slogan 一、一、 液动冲击器液动冲击器 液动冲击器的结构原理简图如图所示。冲击器主要由液动冲击器的结构原理简图如图所
10、示。冲击器主要由冲击机构、配水机构、传递机和防回水机构冲击机构、配水机构、传递机和防回水机构4 4部分组成。部分组成。各机构的组成及其功用说明如下各机构的组成及其功用说明如下: : 液动冲击器的结构示意图液动冲击器的结构示意图 Your company sloganYour company slogan一、一、 液动冲击器液动冲击器（1 1）冲击机构实现冲击作用，机构将钻井液的部分动能直）冲击机构实现冲击作用，机构将钻井液的部分动能直接转化为冲锤的动能。由冲锤锤尾、冲锤锤身、冲锤锤头、接转化为冲锤的动能。由冲锤锤尾、冲锤锤身、冲锤锤头、铁砧等部件组成；铁砧等部件组成；（2 2）配水机构将钻井液
11、动能转化储存成势能，从而为钻井）配水机构将钻井液动能转化储存成势能，从而为钻井液推动冲锤等相关运动件作准备。该机构由上接头、中接液推动冲锤等相关运动件作准备。该机构由上接头、中接头、上配水阀、外壳、密封圈、下配水阀、冲锤锤头、铁头、上配水阀、外壳、密封圈、下配水阀、冲锤锤头、铁砧等部件组成；砧等部件组成；（3 3）传递机构该机构由铁砧、下接头、传动接头、外壳等）传递机构该机构由铁砧、下接头、传动接头、外壳等部件组成，用来传递冲锤的冲击载荷和冲击器上方的钻柱部件组成，用来传递冲锤的冲击载荷和冲击器上方的钻柱传送的扭矩，同时也是钻井液流出冲击器的通道之一；传送的扭矩，同时也是钻井液流出冲击器的通道
12、之一；（4 4）防回水机构由铁砧、下接头两部件组成，主要是防止）防回水机构由铁砧、下接头两部件组成，主要是防止井底泥砂回流进冲击器里，堵塞钻井液通道，造成鳖泵。井底泥砂回流进冲击器里，堵塞钻井液通道，造成鳖泵。Your company sloganYour company slogan一、一、 液动冲击器液动冲击器 液动冲击器的工作原理：冲击器开始工作时钻井液从上液动冲击器的工作原理：冲击器开始工作时钻井液从上接头流进冲击器，经上阀套流进上配水阀内，再经冲锤最接头流进冲击器，经上阀套流进上配水阀内，再经冲锤最上端处的分流作用，经中接头的环空间隙、通孔，流进冲上端处的分流作用，经中接头的环空间隙
13、、通孔，流进冲锤锤身与外壳之间的环空间隙，最后到达冲锤锤头中水槽锤锤身与外壳之间的环空间隙，最后到达冲锤锤头中水槽里。此时由于下配水阀紧靠在铁砧上，封死了流道，具有里。此时由于下配水阀紧靠在铁砧上，封死了流道，具有较高速度的钻井液在此受堵发生水击，液压迅速升高，高较高速度的钻井液在此受堵发生水击，液压迅速升高，高压钻井液抬起冲锤并使冲锤向上快速运动。冲锤运行到一压钻井液抬起冲锤并使冲锤向上快速运动。冲锤运行到一定高度后，带动下阀离开铁砧，于是冲击器下部原先关闭定高度后，带动下阀离开铁砧，于是冲击器下部原先关闭的流道打开，钻井液从铁砧、下接头中的流道里流出了冲的流道打开，钻井液从铁砧、下接头中的
14、流道里流出了冲击器。而冲锤则靠原有的惯性继续向上运动，直到抵住上击器。而冲锤则靠原有的惯性继续向上运动，直到抵住上配水阀，堵住由上接头进入上配水阀中钻井液的通道。配水阀，堵住由上接头进入上配水阀中钻井液的通道。Your company sloganYour company slogan一、一、 液动冲击器液动冲击器 受堵的钻井液又发生水击，巨大的水击作用促使上配受堵的钻井液又发生水击，巨大的水击作用促使上配水阀和冲锤一起快速下行。运行一定行程后，上配水阀受水阀和冲锤一起快速下行。运行一定行程后，上配水阀受中接头阻挡而与冲锤分开，它在液压的作用下自动上返至中接头阻挡而与冲锤分开，它在液压的作用下
15、自动上返至与上阀套相抵触与上阀套相抵触( (参考图参考图2 2所示的位置所示的位置) )。而锤则在惯性、重。而锤则在惯性、重力、液压的作用下继续下行，直到与铁砧发生碰撞，实现力、液压的作用下继续下行，直到与铁砧发生碰撞，实现冲击过程。当然，由于在冲锤下行的过程中下配水阀也在冲击过程。当然，由于在冲锤下行的过程中下配水阀也在独自下行，并在冲锤冲击铁砧瞬间堵死流道，整个钻井液独自下行，并在冲锤冲击铁砧瞬间堵死流道，整个钻井液通路又重现开始的情形。这样，冲锤将重复上面所述的过通路又重现开始的情形。这样，冲锤将重复上面所述的过程，周而复始，对铁砧进行周期性的冲击作用。程，周而复始，对铁砧进行周期性的冲
16、击作用。Your company sloganYour company slogan二、二、 射流型冲击器射流型冲击器Your company sloganYour company slogan二、二、 射流型冲击器射流型冲击器 此图为射流型冲击器此图为射流型冲击器, ,钻井液通过射流元件上的喷嘴产钻井液通过射流元件上的喷嘴产生高压流体生高压流体, ,分别由输出通道分别由输出通道C C、E E进入活塞的上下缸体。由进入活塞的上下缸体。由于活塞上端面积大于下端面积于活塞上端面积大于下端面积, ,向下运动时带动冲锤冲击砧向下运动时带动冲锤冲击砧子子, ,运动到缸体下端时静止运动到缸体下端时静止;
17、;上缸体内压力升高上缸体内压力升高, ,压力信号反压力信号反馈到控制道馈到控制道D,D,从而使侧向流推动主射流附壁于从而使侧向流推动主射流附壁于E E通道一边通道一边, ,液流推动活塞带动冲锤向上运动液流推动活塞带动冲锤向上运动, ,直到活塞在缸体上端静止直到活塞在缸体上端静止, ,下缸体内压力升高下缸体内压力升高; ;压力信号反馈于控制道压力信号反馈于控制道F,F,推动主射流切推动主射流切换附壁于换附壁于C C通道通道, ,液流推动活塞及冲锤向下运动液流推动活塞及冲锤向下运动, ,上缸体内压上缸体内压力升高力升高, ,信号反馈于控制道信号反馈于控制道D,D,推动主射流切换附壁于推动主射流切换
18、附壁于E E通道通道, ,如此反复工作如此反复工作, ,实现活塞及冲锤的往复运动。实现活塞及冲锤的往复运动。Your company sloganYour company slogan4. 冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术与常规钻井技术相比具有如下优点冲击旋转钻井技术与常规钻井技术相比具有如下优点: : （1 1）旋冲钻井技术可以大幅提高整体钻井速度）旋冲钻井技术可以大幅提高整体钻井速度; ;（2 2）减缓钻头磨损）减缓钻头磨损, ,延长钻头寿命延长钻头寿命, ,减少起下钻次数减少起下钻次数, ,从而从而大幅降低钻井成本大幅降低钻井成本; ;（3 3）解决深井中比载
19、荷不足和与岩石接触时间短的矛盾）解决深井中比载荷不足和与岩石接触时间短的矛盾, ,降低钻压降低钻压, ,减少钻具损坏减少钻具损坏, ,提高井身质量提高井身质量, ,有效提高深井硬地有效提高深井硬地层的钻进效率层的钻进效率; ;（4 4）冲击器的特殊结构使钻井液由连续流变为高压脉冲射）冲击器的特殊结构使钻井液由连续流变为高压脉冲射流流, ,高压脉冲射流对井底垫层和岩屑的反复、突发冲刷有利高压脉冲射流对井底垫层和岩屑的反复、突发冲刷有利于消除岩屑压持效应于消除岩屑压持效应, ,改善了喷射效果改善了喷射效果; ;Your company sloganYour company slogan4. 冲击旋转钻井技术的优点冲击旋转钻井技术的优点（5 5）以低于常规旋转钻井的钻压钻进）以低于常规旋转钻井的钻压钻进, ,降低了功率消耗降低了功率消耗, ,在在不增加任何设备的情况下提高了钻深能力不增加任何设备的情况下提高了钻深能力; ;（6 6）一次冲击侵入深度大）一次冲击侵入深度大, ,冲击造成的大体积破碎减小了冲击造成的大体积破碎减小了旋转剪切阻力矩旋转剪切阻力矩, ,有利于防止井斜有利于防止井斜, ,而且大块体积破碎有利而且大块体积破碎有利于地质录井。于地质录井。
