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1、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s10020306）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
2、•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、成木更低的钻井技术一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剛寸，给以脉动冲击负荷对岩石作功，从而提髙岩石破碎效率。本文将介绍冲击旋转钻井技术的
3、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拼在钻进过程中，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最使冲击
4、器木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-种加载速度极人的动载荷，作用力在极短的时间内变化幅度很人。由图1知,冲击力在儿微秒内山零上升至儿十千牛，再经儿百微秒乂重新下降至零。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
5、佼大的影响，特別是其对岩石的弹性及塑性的影响。根据固体力学理论，岩石变形与应力Z间的关系为o=Ex+r
6、dx/dt（1）式中,。为应力;E为弹性模量;x为形变；n为粘滞系数;t为荷载作用时I'可。由前所述，冲击动载作用时间极短，式⑴中第2部分增大，岩石应力很快接近或超过强度极限,发纶脆性变形。可见，随冲击速度的增加岩石的塑性降低，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裂隙的扩张，形成大体积的破碎，提高破碎岩石的速度。1.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,其主要区
7、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,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丄具，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比较熟悉，因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：阀式正作用冲击器、阀式反作用冲击器、阀式双作用冲击器（含活阀式和节流式）、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。下而以2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。液动冲击器的结构原理简图如图2所示。冲击器主耍
8、由冲击机构、配水机构、传递机和防回水机构4部分组成。各机构的组成及其功川说明如下：（1）冲击机构实现冲击作川，呼吸孔密封醐中接头密封圈悸身呼吸孔僅头传动接头:图2：液动冲击器的结构示意图机构将钻井液的部分动能肓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；（2）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；3）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
9、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Z一：（4）防冋水机构由铁砧、下接头两部件组成，主要是防止井底泥砂M流进冲击器里，堵塞钻井液通道，造成雑泵。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，再经冲锤最上端处的分流作用，经中接头的环空间隙、通孔，流进冲锤锤身与外壳Z间的环空I'可隙，最后到达冲锤锤头屮水槽里。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,高压钻井液抬起冲锤并使冲饨向上快速运动。冲锤运行到一定高度后，
10、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击器。而冲锤则靠原冇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。于是，受堵的钻井液乂发生水击，巨大的水击作用促使上配水阀和冲锤i起快速下行。运行一定行程后,上配水阀受中接头阻挡而与
