空气锤活塞运动规律研究

为了进一步研究空气锤气室和活塞设计参数对空气锤性能的影响,以KQC系列空气锤为例,在空气锤活塞与气室的物理模型和数学模型的基础上,利用VC++编程软件对空气锤的气室状态和活塞运动规律进行了仿真计算并对计算输出数据进行处理,得出空气锤性能参数曲线,由性能参数曲线分析得出空气锤的内部设计参数与空气锤性能参数之间的关系。研究结果为空气锤的进一步改进和完善提供了理论依据,也为空气锤现场应用中及时调整部分结构参数以保证空气锤的正常工作和快速钻进提供了依据。     

空气锤钻井技术在气体钻井中的应用

空气锤钻井是一种低钻压、低转速、高冲击破岩回转钻进技术，它兼容了气体钻井和冲击回转钻井的优势，其机械钻速一般比回转钻井高，是当今解决硬岩钻井难题的一种有效方法。在气体钻井中，空气锤钻井技术解决了不能在打快的前提下控制井斜的难题，是目前最可行最有效的技术。介绍了空气锤结构与工作原理、钻井参数的选取、现场取得的效果和存在的问题等。     

空气锤钻井机械比能计算方法

空气锤钻井是目前硬质岩层钻井提速提效的重要工艺，为了实时评价空气锤钻头的工作效率，提高钻井施工可控性，对空气锤钻井机械比能计算方法进行了研究。基于前人提出的机械比能相关理论，分析了空气锤钻头机械结构和钻进机理，引入冲击效率和冲击速度等参数修正完善机械比能计算模型，并提出能量传递效率η_tr，辅助分析空气锤钻井效率。根据以上理论模型，研制了空气锤钻井机械比能计算软件，可综合利用钻井参数、岩石力学参数、机械比能、能量传递效率等多种连续曲线剖面科学评估空气锤钻头的钻井效率，并采用元坝区域的钻井数据进行验证。结果表明，该计算方法得到的空气锤机械比能和能量传递效率对钻井效率的评价基本与现场实际情况相符，本文所研究的方法对评价空气锤钻井效率、优化钻井参数和钻后分析具有重要意义。     

反循环空气锤及其在气体钻井中的应用前景

在介绍常规空气锤钻井技术及其应用的基础上,研究了反循环空气锤在国内外的发展现状,分析总结了反循环空气锤用于气体钻井所能发挥的技术优势。反循环空气锤在油气勘探钻井领域具有广阔的应用前景,研制开发适合气体钻井用的反循环空气锤具有重要现实意义。     

哈山101井火成岩地层空气锤钻井技术

准噶尔盆地哈山地区火成岩岩石坚硬、研磨性强、可钻性差，采用常规空气/泡沫+牙轮钻井技术存在着单只钻头进尺少、井斜增长快等技术难题。首先分析了空气锤结构特点、破岩机理及其在火成岩中的适应性，指出采用以冲击动载为主、剪切破碎为辅的空气锤钻井技术钻进火成岩，较常规气体钻井方式具有明显的防斜打快技术优势。在邻井空气锤钻井试验基础上，通过优化空气锤复合结构钻头齿材料与气流布局，改进空气锤保径结构与防掉机构设计，并且建立了空气锤钻井的钻压、转速、耗风量及风压等参数计算方法，形成了火成岩地层空气/雾化+空气锤钻井技术。经在哈山101井火成岩中进行现场应用，在保证井斜始终控制在1°以内情况下，单只空气锤平均进尺367.86 m，较邻井提高了56%以上，取得了显著的应用效果，为今后准噶尔盆地火成岩地层防斜打快提供了一种有效手段。     

空气锤钻具组合稳定性动力学因素分析及优化

空气锤钻井过程中由于活塞轴向冲击锤头进行破岩工作,钻柱会产生轴向振动,其中下部钻铤振动常发生以钻铤螺纹断裂为主的失效故障。文章以某井空气锤钻井钻具组合及钻井参数为例,通过有限元法,建立了空气锤钻井全井段钻柱动力学模型,从动力学出发研究下部钻具组合动力学特性,优化空气锤气体钻井钻具组合。研究结果表明：空气锤钻井主要影响下部300 m钻柱,在冲击振动弯扭共同作用下,钻铤螺纹容易产生疲劳失效,模拟结果与现场失效　情况相符。优化方案为KQC275空气锤钻井过程中上部接Ø279. 4 mm 钻铤,此时钻柱系统轴向振动最小,全井段钻柱动态钻进稳定性好,对现场空气锤钻井钻具组合方案进行了优化,预防了钻柱失效。该研究对空气锤钻井钻柱动力学行为有了明确认知以及提供了钻柱振动失效预防措施     

川东地区气体钻井的应用

川东地区砂、泥岩互层频繁,地层致密,可钻性差,气层繁密,常规钻井效率低,采用气体钻井可以显著提高钻井效率,但还存在井壁失稳、地层出水和出气、断钻具等问题.通过分析川东地区空气钻井的各种复杂情况,研究应对措施,提出了采用充气泡沫、氮气钻井及换钻井液技术解决地层出水、出气等复杂问题,同时配置空气锤、减震器工具以提高川东地区空气钻井的质量和安全性.     

空气锤钻井技术在定向井中的应用

空气锤钻井技术用于直井钻井可以提高机械钻速和防斜纠斜,同时也可用于定向井和水平井中,以提高机械钻速和缩短钻探周期。为此,介绍了国外空气锤钻井技术在定向井中的应用,包括自回转式空气锤钻井技术和空气螺杆马达驱动式空气锤定向钻井技术,分析其在油田的应用效果,以期对国内空气锤定向钻井技术提供技术参考。     

气体钻井井斜控制的发展与新技术探讨

回顾了井斜控制技术的发展过程,总结了气体钻井井斜失控的原因及危害,探讨了空气锤钻井技术、空气螺杆钻井技术、扩眼保满防斜技术和自动防斜技术等气体钻井井斜控制新技术。空气锤钻井技术是目前最有效且可行性较高的钻井技术。文章提出了空气锤钻井技术的后续研究重点是:研究该工艺方式下钻具振动机理,研究空气锤的使用寿命、内部润滑机理及其结构优化等。提出了该课题组研制的气体钻水平井、垂直井两种专用扶正器和气体钻井滚轮扶正器,解决了钻井液钻井扶正器用在气体钻井中所产生的问题。同时提出了研究气体钻井专用防斜工具和研究气体钻井钻柱系统动力学是以后井斜控制技术的研究方向。     

KQC系列空气锤在油田气体钻井中的应用

在油田气体钻井中使用KQC系列空气锤,解决了泥浆钻井在中硬以上地层中钻速慢、易井斜的难题。钻机通过钻杆对井底空气锤施加钻压和转矩,空压机产生的高压气体驱动空气锤钻头对井底岩石进行冲击,形成快速的旋冲式破岩钻进。这种破岩方式要求的钻压和转矩较低,有效地降低了井斜,减少井下事故的发生。现场试验表明,使用KQC系列空气锤钻井,平均机械钻速比泥浆钻井提高5倍以上,同时具备防斜和纠斜的能力。介绍了KQC系列空气锤的结构特点、工作原理、技术参数、台架试验与现场试验情况及空气锤钻进中应注意的问题。     

防流体倒灌的新型泡沫锤研制及其应用

空气锤在油气田研磨性地层提速和高陡地层防斜应用中逐步成熟,但还存在出液地层钻井作业受井底压力的影响而出现输出功率低甚至不工作,以及停止循环时地层液体倒灌气缸而污染空气锤的问题。为此,研制出了同时适应于气体(干气)和雾化泡沫(湿气)钻井介质、具备防止井下流体倒灌的新型泡沫锤。该泡沫锤与空气锤相比,优化了气室结构以保证气体和雾化泡沫钻井介质的输出功率;新增的防倒灌装置在接单根时,依靠泡沫锤阀体与液体当量密度差推动阀体向上运行,可封闭地层流体进入泡沫锤的通道。在松辽盆地徐深气田外围的肇深17井下白垩统泉头组、登娄库组开展了现场试验,泡沫锤在气体介质条件下相比常规钻井机械钻速提高6.5倍,相比气体牙轮钻井提高1倍;在泡沫介质条件下相比常规钻井机械钻速提高2倍且钻进过程未发生井底流体倒灌现象。试验结果表明,所研制的泡沫锤在气体介质条件下相比空气锤输出功率未降低且具备了适应雾化泡沫钻井介质和防井下流体倒灌的能力。     

应用空气锤钻进提高钻速机理分析

气体钻井是目前国际上迅猛发展的一项技术,被广泛应用于钻井提速、降低成本、保护油气藏等方面。在气体钻井中应用空气锤能够改善钻井性能,提高钻速。从空气锤钻进过程中井底岩石的力学性质、冲击旋转的钻井方法以及清洁井底方面分析了提高钻速的原因,并结合实验室岩石破碎状态,对空气锤钻井破岩特点进行分析,得出提高钻速得利于井底负压、高频冲击动载及清洁的井底。     

潜孔冲击器故障分析

目前我国石油勘探主要集中在西部探区,其地表山区分布广泛,使用着大量的人抬式轻便钻机,利用空气冲旋钻井。在钻井过程中,经常会出现冲击器冲击无力、卡滞,甚至报废等故障,导致钻井效率降低、钻井成本增加。本文针对探区的地层特点和冲击器结构,分析了冲击器发生故障的原因,并提出了相应的改进建议。     

潜孔冲击器故障分析

目前我国石油勘探主要集中在西部探区,其地表山区分布广泛,使用着大量的人抬式轻便钻机,利用空气冲旋钻井。在钻井过程中,经常会出现冲击器冲击无力、卡滞,甚至报废等故障,导致钻井效率降低、钻井成本增加。本文针对探区的地层特点和冲击器结构,分析了冲击器发生故障的原因,并提出了相应的改进建议。     

SGQ-320型气体钻井用贯通式潜孔锤的研制

常规空气锤钻井技术在石油钻探领域得到了较大的发展和应用,为气动潜孔凿岩工具的发展和使用提供了广阔空间。在系统分析总结反循环空气锤气体钻井技术优势的基础上,详细介绍了SGQ-320型贯通式潜孔锤的组成及工作原理、关键结构参数及零部件的设计、性能参数仿真计算等整个研制的思路和过程。根据拟施工的井眼尺寸,以满足钻头体积碎岩所需冲击能量为前提,计算确定活塞的质量及关键参数,进行具体结构设计,并利用计算机模拟仿真程序辅助进行性能参数设计。SGQ-320型贯通式潜孔锤已完成室内调试,各项性能指标均达到了预期设计要求。该工具的成功研制为石油钻探提供了新的技术支持,能够融合气体钻井、冲击旋转钻井、反循环钻井三者优势,提高复杂地层、深井硬岩地层钻井速度。