精简版空气锤钻井技术

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1、空气锤钻井技术研究孟庆昆胡贵王向东中国石油勘探开发研究院工程技术研究所2009年10月汇报主要内容2KQC系列空气锤研制及其成果空气锤钻井技术展望4国内空气锤钻井技术应用31空气锤钻井技术空气锤钻井技术研究8/4/20212中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井技术定义空气锤钻井技术优点空气锤工作原理空气锤钻井技术工艺内容第一部分空气锤钻井技术空气锤发展历史阶段8/4/20213中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井技术定义空气锤钻井技术：空气锤钻井技术是一种利用高压气体介质传递能量实现空气锤对岩石的高频率冲击做

2、功而进行破岩的钻井方式空气锤：是将输入的持续性的高压气体能量转化为间歇性的脉冲力输出的一种机械。右图是空气锤钻井作业过程动画。关键词：高压气体做功、高频冲击破岩空气锤钻井过程仿真8/4/20214中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井技术优点打快防斜应用空气锤钻井技术的优点“一保护二高三低”“防斜打快”8/4/20215中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤发展历史阶段蒸汽动力冲击式凿岩机气动凿岩机潜孔凿岩机潜孔锤空气锤第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段第五阶段1813最初利用冲击破岩概念形式1857第一台气动凿岩机诞

3、生并应用1932因格索兰首次实现将凿岩机送入孔底20世纪50年代开始潜孔锤广泛应用于浅层钻井中如水文地质、建筑桩孔、爆破孔等20世纪80年代开始潜孔锤开始在石油深层钻井中应用，在国内称之为空气锤8/4/20216中国石油勘探开发研究院工程技术研究所在油田气体钻井中应用的空气锤可在深井中正常钻进（耐温要求）可实现长井段钻进（可靠性要求）对井眼质量要求较高（保径要求）技术发展相对单一（正循环钻井）在地质勘探和建筑工程中应用的潜孔锤一般为浅井钻进钻进井段较短对井眼质量要求不高技术发展全面在油田气体钻井中应用空气锤钻井技术，需要更优异的

4、钻井工具和更佳的钻井工艺空气锤发展历史阶段石油钻井用空气锤和水文地质建筑桩孔用潜孔锤的区别8/4/20217中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤工作原理空气锤工作原理8/4/20218中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤工作原理下止点上止点循环状态后气室低压前气室高压后气室高压前气室低压后气室低压前气室低压空气锤工作原理8/4/20219中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井过程8/4/202110中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井过程井架点火装置排屑管线钻柱空气锤及随钻装置井口装置防喷管线高压注

5、气管线空压机组沉砂池8/4/202111中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井对钻压要求根据波动理论知道，空气锤在冲击钻进时，空气锤钻头单次冲击结束后会反弹回来，为了防止空气锤反弹离开井底岩石，需要在空气锤上施加钻压。此外，施加钻压有助于冲击应力波有效传递到岩石上进行破岩。8/4/202112中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井对钻压要求钻压过大钻压过大，空气锤钻头齿与岩石接触过于紧密，不便于旋转，增加了钻具的扭矩，增加钻具事故的可能性；钻头齿与岩石接触过于紧密，使得钻头齿处于高度研磨状态，加重对空气锤钻头齿的

6、磨损，影响空气锤钻头的使用寿命。钻压较小较小的钻压会出现空气锤钻头冲击时反弹，浪费了部分冲击能，降低对岩石的破碎效果；反弹回来的冲击能消耗在空气锤零部件的振动上，加重零部件的振动破坏；钻压过小时，严重时还会出现花键的冷焊现象，影响空气锤的使用寿命。施加不合适的钻压的后果8/4/202113中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井对钻压要求根据现场空气锤应用经验，一般钻压根据以下公式加载：F=a*D其中：Ｆ：钻压，kN;a:钻压系数，kN/mm,一般取0.09；D：钻头的尺寸，mm；当然上述公式也不是绝对的，现场作业时只是作

7、为推荐值。一般维持在推荐值左右为好。312mm的空气锤钻头钻进时，加载钻压推荐值应为312*0.09，即为：28KN，即为2.8T。8/4/202114中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井对转速要求空气锤钻井主要以冲击动载来破碎岩石,回转仅是为了改变钻头齿破岩的位置,所以合理的回转速度应保证在最优的牙齿冲击间隔范围内破碎岩石。1.外套筒2.活塞3.钻头4.复合球齿5.钻头底面8/4/202115中国石油勘探开发研究院工程技术研究所空气锤钻井对转速要求转速过大转速过大，空气锤钻头齿线速度增加，尤其是外排齿的线速度增加，空

8、气锤磨损作用加强，影响其使用寿命；两次冲击的扇形区域增大，依靠回转剪切的扇形区域岩石增多，空气锤钻头的回转扭矩增加，载荷增大。加重对空气锤钻头齿的磨损，影响空气锤钻头的使用寿命。转速较小转速过小，空气锤两次冲击之间的扇形区域较小，容易导致空气锤钻头齿重复破碎，影