旋冲钻井SPE
旋冲钻井
九、冲击器使用方法
影响旋冲钻进效率的主要参数有：钻压、排量、转速、冲击频率、 冲击功等。不同地层、不同岩性，起主导作用的因素亦不相同。钻进前 必须根据岩石性质选择合理的冲击器工作性能参数。
●钻进软、塑性岩层(如泥灰岩地层等)时，破碎岩石以切削为主， 钻压应稍大一些，使钻头与岩石紧密接触，有利于提高两次冲击间切削 破碎效率。转数也可稍高一些，实现低冲击功、高冲击频率；
注： YSC—178型冲击器的冲击功、冲击频率与排量、冲程的 经验公式为：E=0.576Q2 F=37.96Q/S全
式中 E—冲击功，J；f—冲击频率，Hz； Q—排量，L/s；S全—活塞往复总行程，cm。
七、冲击器主要参数
●结构参数 冲击器外径(mm) 适合井眼尺寸(mm) 上接头母扣 下接头母扣
一、概 述
1、旋冲钻井定义及破岩效果
旋冲钻井技术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。旋冲钻井由冲击载荷与静压旋转联合作用破碎岩 石。在硬地层中钻进，提高机械钻速显著。
160 140 120 100
80 60 40 20
0
Soft
Hard
常规钻井 旋转冲击钻井
工厂车间 地面工作 多用于浅井（3000m） 适于小口径 不受井深限制
1、旋冲钻井技术由来
●旋冲钻井技术的设想始于十九世纪后期的欧洲。
●早在50年代，美国钻井权威鲁宾斯基就指出：“在旋 转中加锤击作用，即使钻压减轻50% ，钻过可以保持不 变，钻头寿命增加，把井打直”。
●进入90年代后，深井、易斜井、水平井及大位移井在 石油钻井中所占的比例越来越大。钻井中遇到的硬地层 和坚硬地层用常规旋转钻进方法破岩的效果差，钻进效 率低；深井中的井斜问题也日益突出，成为钻井工作中 一大棘手难题，大大增加了钻井成本。在水平井和大位 移井中，随着水平位移的增加，水平井段的加压越来越 困难，钻具的损坏也不断增加。国内外对用旋冲钻技术 来解决这些问题比任何时候都重视，并投入大量人力物 力进行研究。目前，美国在用钻机有50% 使用了冲击钻 具。
钻井旋冲工具提速机理及结构设计
钻井旋冲工具提速机理及结构设计钻井旋冲工具是石油钻采行业中常用的工具之一，它的主要作用是在进行地层钻井时，通过旋转和冲击的方式将钻头穿透地层，从而实现地层勘探和开采的目的。
为了提高钻井效率和降低成本，钻井旋冲工具的提速机理及结构设计成为研究和开发的重点之一。
本文将探讨钻井旋冲工具提速的机理以及结构设计的关键技术。
一、钻井旋冲工具提速机理1. 旋冲工具的基本原理钻井旋冲工具是一种将旋转和冲击相结合的工具，其基本原理是通过钻杆的旋转以及冲击力对地层进行穿透。
在旋转过程中，钻头不断地与地层接触，通过冲击力将地层破碎或者穿透，从而实现钻井的目的。
提速的关键在于如何更有效地利用旋转和冲击力，提高钻头的穿透效率和速度。
2. 提速机理在钻井旋冲工具中，提速的机理主要包括三个方面：提高旋转速度、增加冲击力以及改善钻头结构。
提高旋转速度可以增加钻头与地层的接触频率，从而提高钻头的穿透速度。
增加冲击力可以提高钻头在穿透地层时的能量，加速地层的破碎和穿透过程。
改善钻头的结构可以提高钻头的耐磨性和穿透效率，从而减少钻井的阻力和提高钻井速度。
二、钻井旋冲工具结构设计1. 钻头结构设计钻头是钻井旋冲工具中最重要的部件之一，其结构设计直接关系到钻井效率和成本。
在钻头结构设计中，需要考虑以下几个关键技术：一是钻头材料的选择，需要具有良好的耐磨性和强度，以保证钻头在复杂地层中的稳定性和穿透能力；二是钻头形状的设计，需要根据地层的特点和钻井的要求进行优化设计，以提高钻头的穿透效率和降低阻力；三是钻头切削结构的设计，需要考虑冲击力的传递和地层的破碎效果，从而提高钻井的效率和速度。
2. 冲击力增强设计在钻井旋冲工具中，冲击力是提速的关键之一，因此需要对冲击力进行增强设计。
一种常用的冲击力增强设计是引入液压冲击器，通过增加液压系统的压力和流量，提高冲击器的冲击力，从而加速地层的破碎和穿透过程。
还可以通过改进冲击器的结构设计和传动机构，优化冲击力的传递和利用效率，提高钻井的效率和速度。
石油钻井中旋冲钻井技术的应用
2019年06月棒之间存在有天然气以及原油的多孔通道，当工作过程中，原油被抽出油井时，会与放置其中的脱硫棒相接触，并于硫化氢气体发生化学反应，从而清除掉原油内的硫化氢气体。
使用此种方法，由于脱硫棒的制备是由脱硫剂合成的，因此其有效成分含量高，作用较快，并溶解时间较长，保持长时间有效，此外还有操作简单的优点[2]。
2.1凯尔文处理剂的研究针对油井内硫化氢气体较多的问题，为了有效清除其中的硫化氢杂质，将目前的脱硫机制备成固体的脱硫棒并将其放入油井中，从而实现对原油中的硫化氢气体进行清理，随着多根固体脱硫棒的加入，会在其之间形成多孔的通道，将原油抽出的过程中，原油会与固体脱硫棒接触，使硫化氢气体与脱硫棒中的有效成分进行反应，该反应生成的物质可溶于水和原油，不会产生沉淀物等对石油或天然气的流出产生一定的影响，由此就可将原油中的硫化氢消除，从而解决了硫化氢带来的危害问题。
2.2凯尔文处理剂具体实验脱硫棒的具体制备过程易于操作，其关键在于对于各种配料的配比的控制，在具体操作中，选取碳酸钠、三乙醇胺等材料按照合适的比例进行粉碎并将其粉碎后的物料进行均匀的混合搅拌操作，当混合搅拌均匀后，由压粒机对混合物进行操作，使其成为球形，从而得到可以应用的固体脱硫棒。
在脱硫棒的具体应用中，将多个球形固体脱硫棒放置在油井之中，脱硫棒之间会形成多孔的通道，在当原油与脱硫棒接触时，脱硫棒中的有效成分发挥作用，与硫化氢气体发生化学反应，根据相关的化学反应式可得，反应完成后得到的产物可以溶于原油并随着原油被开采出地面，而不会生成固体沉淀导致石油或天然气的堵塞。
根据研究人员的测算以及实际的应用过程结果，此种方法可以对于原油中硫化氢气体的去除工作可以快速并且高效的完成，不仅如此，脱硫棒还有溶解过程缓慢，有效时间长的有点，根据计算，即使对于硫化氢气体含量较高的原油，每吨原油只消耗0.1千克的固体脱硫棒，因此一次放入足量的固体脱硫棒，可以在较长时间内发挥作用。
钻井旋冲工具提速机理及结构设计
钻井旋冲工具提速机理及结构设计钻井旋冲工具是石油钻井中非常重要的一种工具，它能够在钻进过程中提供旋转和冲击力，从而加速钻头的钻进速度，并且有助于打破岩石或者其他障碍物。
钻井旋冲工具的设计和提速机理对于钻井效率和钻井成本都有着重要的影响。
本文将针对钻井旋冲工具的提速机理和结构设计进行探讨，以期为钻井工程的提速和优化提供参考和指导。
一、提速机理1. 旋转机理钻井旋冲工具是通过旋转来传递能量的，它利用钻杆的旋转将旋转动能传递给钻头，从而使钻头具有钻进作用。
在钻井过程中，旋转是必不可少的能量传递方式，能够提供很大的钻进力量，因此提速机理中旋转机理是非常关键的一环。
2. 冲击机理除了旋转之外，钻井旋冲工具还利用冲击力来打破钻进过程中的固体颗粒，例如岩石等。
冲击机理主要是通过冲撞器或者冲击钻头来实现的，它能够为钻进提供冲击动力，从而加速钻井的进展。
钻井旋冲工具的提速机理主要包括旋转机理和冲击机理，这两种机理相互配合，能够提供充足的动力和能量，从而加快钻井的速度。
二、结构设计1. 钻杆设计钻杆是钻井旋冲工具的重要组成部分，它要能够承受较大的旋转力和冲击力，因此在设计时需要选用高强度耐磨的材料，并且要考虑其连接结构的可靠性和稳定性。
冲击器是钻井旋冲工具的关键部件之一，它直接影响着冲击力的大小和频率。
在冲击器的设计中，需要考虑到冲击力的传递效率和可调节性，以便根据钻井地质条件的不同来进行调整。
钻头作为直接与岩石接触的部件，其设计对于钻井进展和效率起着至关重要的作用。
在钻头的设计中，需要考虑到其耐磨性、自清洁性和冲击性能，从而能够更好地适应不同的地质条件。
在一些特殊的钻井条件下，需要使用冲击钻头来进行特殊处理，因此冲击钻头的设计也是非常重要的一环。
在冲击钻头的设计中，需要考虑到其结构的稳定性和耐用性，同时也要注重其冲击效果和冲击频率的控制。
钻井旋冲工具的结构设计需要考虑到钻杆、冲击器、钻头和冲击钻头等多个方面，这些部件相互配合，才能够发挥出最佳的钻井效果。
旋冲钻井技术在石油钻井中的应用
旋冲钻井技术在石油钻井中的应用发布时间：2022-07-20T08:00:07.857Z 来源：《工程管理前沿》2022年5期作者：吴宏利[导读] 旋冲钻井作为一项用于解决钻井破岩效率低、吴宏利中国石油天然气有限公司渤海钻探定向井技术服务分公司摘要：旋冲钻井作为一项用于解决钻井破岩效率低、缩短钻井工期时间而研发的新型石油钻井技术，相比于超高压喷射钻井、脉冲空化射流钻井等其他深层钻井技术，旋冲钻井技术有着设备结构简单、前期投入规模小的优势，综合应用效果显著。
与此同时，考虑到旋冲钻井技术的大规模推广应用时间有限，理论基础与技术经验尚需进一步积累完善。
因而，对旋冲钻井技术应用问题的深度研究是十分必要的，是取得最佳技术应用效果的关键。
关键词：石油；钻井；旋冲钻井技术；应用引言在开发油田进行钻探工作时受到地质影响极易出现地层较硬的问题，传统钻井技术大部分都是利用牙轮状钻头将其与PDC钻头相互配合，来进行油田旋转钻井工作。
这种钻井技术在碰到较硬的地层时，需要的钻井时间较长、成本较高，对钻头使用年限会产生影响。
而液动冲击旋转的油田钻井技术可让硬质层难以钻井的问题得到有效解决，遇到较硬的岩层时，这一技术可利用自身冲击优势提高油田钻井成效，降低和维护油田钻井以及石油企业投入成本。
因此，需要在建设和开发油田过程中，对这一钻井技术进行推广，有效提高硬质岩层钻井效果1旋冲钻井的原理随着钻井技术的不断成熟，传统旋转钻井技术已经无法满足开采要求，为了解决传统旋转钻井技术存在的问题，旋冲钻井技术得以在市场中应运而生。
与传统旋转钻井技术相比，旋冲钻井技术可利用冲击器加快钻井作业速度，有助于提升钻井效率。
以实际钻井工作为例，钻井人员可在井底安装冲击器，利用动力装置驱动冲击器工作，并且也可将冲击器安装在岩芯管上端，有助于提升钻井效率。
在钻井时，作业人员可通过使用钻井液、高压气体等作为力传递的媒介，确保冲击器可以反复进行冲撞运动。
随着钻头撞击频率的增加，在冲击载荷的作用下，岩石会被钻头的静压旋转作用击碎。
石油钻井应用旋冲钻进技术的可行性探索
石油钻井应用旋冲钻进技术的可行性探索石油钻井是获取地下石油资源的关键工艺之一。
旋冲钻进技术是目前广泛应用于石油钻井中的一种钻井方法。
本文将对石油钻井应用旋冲钻进技术的可行性进行探索。
旋冲钻进技术相对于传统的钻孔方法具有诸多优势。
传统的钻井方法采用钻头对地层进行切削，这样易导致钻头损坏、封孔破坏等问题。
而旋冲钻进技术则采用冲击器与旋转器协同工作，通过旋转与冲击的组合作用，减少了对地层的切削，减少了能耗，降低了能源消耗。
旋冲钻进技术钻孔速度快、效率高，同时具备较高的钻进测量精度。
旋冲钻进技术在石油钻井应用中表现出了较好的实际适用性。
旋冲钻进技术主要适用于强风化壳层、粉质岩、软弱地层和气水井等情况。
在这些地层中，使用传统钻井方法可能会遇到一系列的困难和问题，如易塌方、孔隙塌落、水泥浆泥浆回流等。
而旋冲钻进技术由于其独特的钻进方式，可以有效地避免这些问题的产生，并提高整个钻井过程的工作效率。
旋冲钻进技术还具备较高的经济效益。
旋冲钻进技术的应用可以减少材料损耗、提高钻进速度，并减少钻井过程中的停机时间。
旋冲钻进技术还可以大幅度减少对井壁的损坏，减少工程油耗。
这些都可以带来较高的经济效益，为石油钻井行业的发展提供了有力支持。
需要注意的是，旋冲钻进技术在应用中也存在一些局限性。
旋冲钻进技术对设备要求较高，需要使用先进的旋冲钻进设备。
旋冲钻进技术钻孔过程中的钻进径向负载较大，可能会导致设备磨损加剧。
旋冲钻进技术在遇到硬岩时效果不佳，无法实现高效的钻进。
石油钻井应用旋冲钻进技术具有较好的可行性。
旋冲钻进技术在钻井过程中的钻进速度快、效率高，并具备较高的钻进测量精度。
其在应用中具备较高的实际适用性和经济效益。
也需要克服其局限性，提高设备性能和适用范围，进一步推动旋冲钻进技术在石油钻井领域的应用。
旋冲钻井新技术
旋冲钻井新技术
相秀芳（摘编）
【期刊名称】《天然气工业》
【年(卷),期】2005(25)9
【摘要】中国石化德州石油钻井研究所开发的YSC-178型液动射流式冲击器在胜利、塔河等油田，松南、川西等地区以及加拿大等国家进行了广泛的应用，平均机械钻速提高30％～50％。
特别是对液动射流式冲击器的结构、加工工艺及材料等方面的不断完善，提高了冲击器功率传递效率，改善了密封效果，并使射流元件、缸体和活塞等冲击器易损件的寿命达到80～120h。
【总页数】1页(P143-143)
【关键词】德州石油钻井研究所;液动射流式冲击器;技术;中国石化;机械钻速;加工工艺;传递效率;密封效果;射流元件
【作者】相秀芳（摘编）
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TE927.3;TE249
【相关文献】
1.旋冲钻井技术在石油钻井中的应用 [J], 陈晔
2.旋冲钻井技术在石油钻井中的应用研究 [J], 张国辉
3.旋冲钻井技术在石油钻井中的应用初探 [J], 赵英楠
4.石油钻井中旋冲钻井技术的应用探讨 [J], 张志远
5.旋冲钻井技术在石油钻井中的应用 [J], 刘鹏
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旋冲钻井技术
八、旋冲钻井室内测试（之一）
测试方法有：触点法、感应法、声波法等
八、旋冲钻井室内测试（之二）
计算与实际拟合曲线
九、强度校核
★按第三强度理论校核
安全系数： 系数=2.5-3
n1=10.19>许用安全 安全
★按压—扭组合作用校核疲劳强度 组合应力安全系数： nσ τ 1＝4.42>许用 安全系数=2.5-3 安全
(第四强度理论校核略)
十、旋冲钻井技术应用（之一）
冲击器性能参数设定的总原则：
地层越硬，则要求冲击功越大，冲击频率可适当调小。
①冲击功：200-300J；
②冲击频率：20Hz左右； ③钻压：不小于常规旋转钻井钻压的2/3；
④排量：20～40L/s；
⑤转速：f=3R/Φ (其中：Φ 取11°)
YSC—178型冲击器的冲击功、冲击频率与排量、冲程的 经验公式为：E=0.576Q2 式中 f=37.96Q/S全 E—冲击功，J；f—冲击频率，Hz；
旋冲钻井技术
目
录
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：
● 在一般情况下，钻井参数可不做变化，保持正常旋转钻井参数。
附四：
冲 击 器 操 作
● 冲击器上下钻台必须操作平稳，严防强烈碰撞； ● 下钻前必须对冲击器进行试冲试验，即冲击器上接方钻杆，下 接试验接头，在钻台上试冲3～5min，工作正常卸下试验接头， 接上钻头入井； ● 下钻时防止大于6mm石块颗粒等带入钻具内，钻进时最好使用钻 具滤清器； ● 下钻遇阻时，开泵，开转盘，冲击旋转划眼排除； ● 冲击器在井内工作时，应常开动除砂、除泥器； ● 钻井参数：钻压控制在正常钻压的2/3～1倍左右，其它参数不 变，也可根据具体情况调整； ● 在正常情况下，根据井深不同，钻进中泵压较旋转钻进高1～ 2.5MPa左右,若突然升高或降低较多应根据具体情况判断是否提 钻。
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Xinghua Tao, 35 East Dondeng Road, Dezhou City, Petroleum Drilling Research Institute, China; Yijin Zeng, Hongxiang Qin, Guoqiang Xu, Petroleum Drilling Research Institute, China
PlPl
ADVANCES IN DRILLING AND WELL COMPLETION TECHNOLOGY
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the piston moves down to bring the hammer 5 to strike the anvil 7. The piston moves to the lower end of cylinder and stops. Pressure in upper cylinder increases, and pressure signal feeds back into control channel D so that the side flow is made to push the main jet flow to attach one side of channel E. The flow pushes the piston to bring hammer upwards until the piston stops on the upper end of the cylinder. Pressure in lower cylinder increases pressure signal feeds back through control channel F and pushes main jet flow to switch over and attach channel C. The flow pushes the piston and hammer downward. Pressure in upper cylinder of hammer anvil increases, and pressure signal feeds back into control channel D to push the main jet flow to switch over and attach channel E. Such repeated work makes the piston and hammer reciprocate. The return water in the upper and lower cylinders flows into drain B through channels C and E, and from the water channel connected to the drain into empty channel in outer case of hammer, then, through bit to clean bottom, at last, returning to the surface. When the tool off bottom, under bit weight and fluid pressure, anvil slides downward, also, hammer piston moves down to seal the entry of the lower cylinder, the piston cannot reciprocate any more, and the tool does not work. Torque transmits from outer case to octagon socket 8, then, to anvil and bit so that impact rotary drilling begins.
APPLICATIONS
protection during conventional drilling. Impact rotary drilling technology can be used for the same purpose. A 84'' 52 bit and 7" OD liquid percussion tool was used. Worktime was 75 h while net drilling time 60.39 h, footage 938 m. Compared with offset wells, WOB decreased by 6O%, ROP increases by 30%, maximum deviation angle 3.5", 2.5" less than that of offset well. Deviation protection was successful.
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m
\
Fig. 1. Hydraulic impact rotary drilling tool: (B) drain; (C&D) channels; (D&F) control channels. (I) controls; (II) power part; (III) power transmission part.
Well A
A 83" AT533 bit and 178 mm OD too&was used, WOB 180 KN, revolution rate 55 rpm, pump pressure 16 MPa, displacement 301/s, mud weight 1.02 g/ cm3, worktime 88 h while net drilling time 74.38 h, footage 451.71 m, bit integrality 6O%, ROP by 50% or more compared with offset wells. For recent field tests, if ROP is less than 8 m/s with rotary drilling, ROP increases obviously with impact rotary drilling. In hard formations, low revolution rate, impact frequence, WOB and high impact power are available; and in soft formation, as bit is not the main rockbreaking function by impact, adjustment of the percussion tool, property parameters, higher revolution rate and impact frequence, and low impact power can be suitable to improve rock-broken results between two percussions. Applications of the tool never affect other technologies such as jet drilling. Low impact power and high impact frequence can help break rocks when jet drilling in medium and soft formations. And in hard formations, jet drilling is not so important.
impact rotary-drilling tools.
Hale Waihona Puke INTRODUCTIONImpact rotary drilling' is a unique drilling technology that developed on the basis of rotary drilling, the principle of which is that the energy of drilling fluid during circulation and hydraulic impactor applies periodic and high frequence impact load on bits to break rocks while rotary drilling. Applications of the technology can decrease drill collar numbers, reduce downhole accidents such as rear and fatigue, improve wellbore quality, make broken rocks, cut down consumed power, produce larger cuttings for the geological logging and increase drilling capacity without any more extra equipment. Also, high frequency alternate loads can increase bit life. Use of the hydraulic impact rotary drilling tool2 achieves impact rotary drilling. The energy of the tool is from mud pumps, as there is enough power from pumps during oil well drilling. And the existing sliding bearing rock bits are of impact resistance, which ensures oil impact rotary drilling on the premise of no changes in the equipment.