空气锤钻井技术研究

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1、中国石油勘探开发研究院工程技术研究所中国石油勘探开发研究院工程技术研究所20091020102010-11-15152220102010-11-15153320102010-11-15154420102010-11-15155520102010-11-151566第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段第五阶段第五阶段20102010-11-151577在油田气体钻井中应用的空气锤在油田气体钻井中应用的空气锤可在深井中正常钻进可在深井中正常钻进（耐温要求）（耐温要求）可实现长井段钻进可实现长井段钻进（可靠性要

2、求）（可靠性要求）对井眼质量要求较高对井眼质量要求较高（保径要求）（保径要求）技术发展相对单一技术发展相对单一（正循环钻井）（正循环钻井）在地质勘探和建筑工程中应用的潜孔锤在地质勘探和建筑工程中应用的潜孔锤一般为浅井钻进一般为浅井钻进钻进井段较短钻进井段较短对井眼质量要求不高对井眼质恳喊桓？技术发展全面技术发展全面在油FH气体钻井中应用空气锤钻井技术，需要更优异的钻井工具和更佳的钻井工艺20102010-11-15158820102010-11-15159920102010-11-1515101020102010-11-151511

3、1120102010-11-1515121220102010-11-15151313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。20102010-11-15151414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磨损，影响空气锤钻头的使用寿命。钻压较小钻压较小

4、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；反弹冋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，严重时还会岀现花键的冷焊现象，影响空气锤的使用寿命。20102010-11-15151515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的空气锤钻头钻进吋,加载钻压推荐值应为312*0.09,

5、即为：28KN,即为2.8T。20102010-11-15151616空气锤钻井主要以空气锤钻井主要以冲击动载来破碎岩石冲击动载來破碎岩石,，回转仅是为了改变钻头回转仅是为了改变钻头齿破岩的位路齿破岩的位路,,所以合所以合理的回转速度应保证在理的回转速度应保证在最优的牙齿冲击间隔范最优的牙齿冲击间隔范围内破碎岩石。围内破碎岩石。20102010-11-15151717锤钻头的回转扭矩增加，载荷增大。转速过大?转速过犬，空气锤钻头齿线速度增加，尤其是外排齿的线速度增加，空气锤磨损作用加强，影响其使用寿命；?两次冲击的扇形区域增大，依靠

6、回转剪切的扇形区域岩石增多，空气锤钻头的回转扭矩増加，载荷増大。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，影响机械钻速；空气锤钻头重复破碎容易导致空气锤钻头齿掉入已钻的凹坑内，导致钻头齿的埋齿，严重时导致断齿掉齿。20102010-11-15151818根据现场空气锤应用经验，一般转速根据以下公式加载：R二b*ROP其中：R：转速，r/h;b:转速系数，r/m,—般取96；ROP：钻进机械钻速，m/h；空气锤机械钻速为30m/h钻进时

7、，推荐加载转速应为2880r/h,即为：48r/mino20102010-11-15151919立压与气量：立压与气量：•立压的主要作用是克服压缩空气在循环过程中的沿程损失和局部损立压的主要作用是克服压缩空气在循环过程中的沿程损失和局部损失。失。•立压过低，空气锤的冲击频率和冲击能都较低，影响钻速。立压过立压过低，空气锤的冲击频率和冲击能都较低，影响钻速。立压过高，对供风设备的要求将提高。同时在换单杆时注气的时间较长，影高，对供风设备的要求将提高。同时在换单杆时注气的时间较长，影响钻井周期。一般立压大概在响钻井周期。一般立压大概在1

8、.51.5-3Mpa3MpaZ间最好。Z间最好。•气量的作用是为空气锤提供活塞运动的能量和井底携屑以及冷却钻气量的作用是为空气锤提供活塞运动的能量和井底携屑以及冷却钻头。气量的选取首先应满足所钻井眼所需的气量头。气量的选取首先应满足所