【7A文】旋冲钻井技术.ppt

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1、旋冲钻井技术一、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：目录一、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

2、钻井一样。一、概述（之二）旋冲钻井与旋转钻井钻速对比图POPofPercussionDrillingVS.ConventionalDrilling一、概述（之三）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。一、概述（之四）旋冲钻井技术现状及发展简史●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；●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

3、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。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。一、概述（之五）二、旋冲钻井工具分类及各自特点（之一）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

4、）【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二、旋冲钻井工具分类及各自特点（之三）阀式双作用冲击器◆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（之一）三、旋冲钻井破岩特点（之二）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

5、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。。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

6、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。。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。液动射流式冲击器的结构及工作原理

7、五、旋冲钻井对钻头寿命影响分（之二）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）防空打机构原理图2.防空打机构设计六、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：①6mm②8mm③12mm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、回程阶段数学模型二、冲程