石油石化科技
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2008/4/5
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来源：中国石油石化工程信息网
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[中国钻井网2008年2月18日] 冲击旋转钻井技术（或称冲击回转钻井技术），作为目前解决硬岩层、软硬交错地层钻速低、大斜度地层井眼易斜等问题最有效的方法之一，近年来是各国钻井专家广泛关注的技术热点。
冲击旋转钻井技术的钻进过程可以描述为：井底不规则的表面受到静压力的压持作用，作用力逐渐增加；接触处产生弹性变形，作用力继续快速增加，钻头下面的岩石开始出现微裂纹，然后逐渐形成放射裂纹，两个主要裂纹在岩石中形成一个长而窄的岩屑压碎和压实破碎区，岩石表面突然破裂，出现许多贝壳状的破碎。然后，作用力增加变慢，两侧产生的剪切体被工具的吃入和崩落排除，作用力下降，形成一个破碎坑，在旋转作用下，两坑穴间脊部被剪切掉，形成体积破碎。一个齿压入岩石后，在井底平面内周向移动时，连续完成多次冲击，且在一定静压力作用下，以应力波形式传递的冲击力能有效作用到岩石上，冲击点密度较大，两相邻点的冲击波相互重叠，破碎区相连，齿面下的岩石易产生体积破碎，从而大幅度提高岩石破碎量。
由于冲击旋转钻井技术的破岩机理及有别于常规旋转钻井的钻进规程，使其具有以下优点：
——可以大幅度提高整体钻井效率。由于对岩石基本是体积破碎，而不是研磨破碎，加之排渣速度高，孔底干净，无重复破碎现象，因此具有比一般旋转钻井更高的钻速和能量利用率，而且，大块体积破碎还有利于地质录井。
——转速低，减缓钻头磨损，延长钻头寿命，减小起下钻次数，从而大幅降低钻井成本。钻头的旋转转速主要是使切削刃于两次冲击之间在孔底移动一个不大的间距，所需转速比旋转钻低40%~70%，因此，可以减少大量钻铤，减轻钻机负载，使用同样的钻机可以钻更深的井，同时也节省了起下钻时间，减少了管材和钻具磨损。此外，体积破碎的破岩方式也可减少对齿的磨损，钻速快使球齿钻头在孔底摩擦路径缩短，岩石对钻头的研磨作用也大大减少，从而使钻头寿命相对延长。
——钻孔质量好，井下事故少。由于冲击器高频对孔底进行冲击，破岩时间极短，硬岩岩性变化对破碎效果影响不大，在钻头上不易形成偏斜力矩，因此形成的井眼规则、质量好、清洁，能有效防止硬岩及复杂地层钻井中的井斜问题。因钻具转速低，减少了钻具与孔壁的碰撞机会，因此不易出现孔壁坍塌等事故。
——冲击器的特殊结构可使钻井液由连续流变为高压脉冲射流，高压脉冲射流对井底垫层和岩屑的反复、突发冲刷作用有利于消除岩屑压持效应，改善了喷射效果。
——所用的钻压和扭矩小，解决了深井中比载荷不足和与岩石接触时间短的矛盾。冲旋钻进时所需钻头上的轴向压力主要是为了保证冲击器能正常工作和保持切削刀具与岩石表面经常而可靠的接触，所需钻压比常规旋转钻要降低20％~60％，从而降低了功率消耗，在不增加任何设备的情况下提高了钻探能力。
——钻头使用范围广。使用同级别磨料（如硬质合金）做成的钻头，相对于单纯旋转钻进而言，在冲击旋转钻进时能用于可钻性级别更高的岩石，从而扩大了钻头使用范围。
——钻进过程可控，钻头转速、冲击频率、冲击能量和钻压等参数可以调节。
——钻柱受力情况得到改善，可减少钻柱屈曲，改善钻井工艺参数。
冲击旋转钻井技术自诞生以来，在国外发展速度很快，已广泛应用到矿山、采石、水文水井、地质勘探、石油天然气钻井、地热钻井、工程施工及工程勘察等多个领域。在油气钻井领域，冲击器可与牙轮钻头、PDC钻头、平底钻头结合，在定向井、位移井、小井眼等特殊工艺井中均可应用；与套管钻进工艺相结合，解决松散、破碎地层的护壁问题；与爆破相结合，解决大直径漂石、孤石地层钻进难题；与反循环钻井工艺相结合，解决大直径钻孔的排粉问题；与高压泥浆喷射技术结合，解决冲击旋转钻井在软地层钻进效率低的问题等等。因此，我们应重视对冲击旋转钻井技术装备的国外引进与应用、国内研发与推广，加快冲击旋转钻井技术的国产化进程。
冲击旋转钻井技术是在钻头上部联接冲击器，将冲击钻进和旋转钻进相结合的一种钻井方法。钻进时，钻头在受到常规钻压和扭矩作用的基础上，还依靠高压气体或钻井液推动冲击器活塞冲锤上下运动，施加一定频率的冲击作用，撞击钻头以增加破岩能力。
