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1、煤层气冲击旋转钻井技术的原理和设备CompanyNamewww.themegallery.com1.冲击旋转钻井技术的简介2.冲击旋转钻井破岩机理3.气动潜孔锤钻井技术4.煤层气钻机与石油钻机的区别煤层气中的冲击旋转钻井技术的原理和设备简介CompanyNamewww.themegallery.com1.冲击旋转钻井技术的简介�冲击旋转钻井技术：就是将冲击钻进的单次破碎岩石作用和旋转钻进的连续破碎岩石作用相结合的一种钻井方法，其主要方式是在钻头上联接一个专用的冲击器，钻进时，钻头在常规钻压和扭矩作用的基础上同时通过冲击器给钻头施加一定频率的冲击载荷，井底钻头就在冲击和旋转共同作用下破碎岩石，进
2、行钻进。CompanyNamewww.themegallery.com1.冲击旋转钻井技术的简介�冲击器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。根据驱动介质类型可分为液动冲击器和气动冲击器。�以高压液流(清水或泥浆)作为动力介质的冲击器称为液动冲击器，是一种将液体压力能转变为冲击能做功的装置。这种冲击器在石油和天然气的钻井应用比较广泛，在煤层气钻井一般很少应用，但在煤层顶板和底板等比较硬且含水比较多的地层中也偶尔被应用。www.themegallery.com1.冲击旋转钻井技术的简介�以压缩空气为驱动介质的冲击器称为气动冲击器，有时也叫气动潜孔锤，是一种将气体
3、压力能转变为冲击能做功的装置。它广泛应用于现在的煤层气钻井当中。�因此，根据冲击器的类型可将冲击旋转钻井技术分为液动冲击旋转钻井技术和气动冲击旋转技术（也称气动潜孔锤钻井技术）。其中，气动潜孔锤钻井技术在煤层气钻井中应用较为广泛。CompanyName液动冲击旋转钻井技术气动冲击旋转技术或气动潜孔锤钻井技术CompanyNamewww.themegallery.com1.冲击旋转钻井技术的简介冲击旋转钻井技术www.themegallery.com2.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,再加上了一个冲击器。冲击器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
4、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。CompanyNamewww.themegallery.com2.冲击旋转钻井破岩机理�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。根据固体力学理论,岩石变形与应力之间的关系为：σ=Ex+ηdx/dt(1)式中,σ为应力;E为弹性模量;x为形变;η为粘滞系数;t为荷载作用时间。�由前所述,冲击动载作用时间极短,式(1)中第2部分增大,岩石的被冲击点还来不及对
5、作用力重新分配，应力便很快接近或超过强度极限,发生脆性变形。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。CompanyNamewww.themegallery.com3.气动潜孔锤钻井技术�气动潜孔锤钻井是常规空气钻井基础上发展起来的一个分支和延伸,钻进时井底循环压力没有超过气柱和夹带岩屑的重量,最大程度减轻了地层应力的作用,这样使钻头牙齿能够以最高的效率进行冲击破碎,是一种降低钻井成本提高效率最佳的钻井技术。CompanyNameCompanyNamewww.themegallery.
6、com3.气动潜孔锤钻井技术CompanyNamewww.themegallery.com3.气动潜孔锤钻井技术�美国NUMA生产的气动潜孔锤，它广泛地应用于煤层气钻井中。CompanyNamewww.themegallery.com3.气动潜孔锤钻井技术�气动潜孔锤结构示意图CompanyNamewww.themegallery.com3.气动潜孔锤钻井技术�气动潜孔锤的工作原理在气动潜孔锤钻进过程中，高压空气驱动潜孔锤内的活塞作高频往复运动。并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。然后再通过钻井转盘旋转驱动,形成对井底地层的脉动破碎能力,同时利用冲击器排出的压
7、缩空气对钻头进行冷却和将破碎后的钻屑排出环空返出井口,从而实现井底冲击旋转钻井的目的;钻头在钻井过程中在冲击力的作用下,形成体积破碎。CompanyNamewww.themegallery.com3.气动潜孔锤钻井技术与旋转钻井相比,该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石的方式;以动载冲击代替了静载研磨,以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。在潜孔锤钻井的同时,一部分岩屑被具有一定压力及速度的空气
