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　　授课人：王德新 目录 第一章钻头 第一节牙轮钻头 第二节金刚石钻头 第二章钻具和其它常用管具 第一节钻杆 第二节钻铤 第三节方钻杆 第四节套管 第五节常用油管 第三章钻井井口工具 第一节吊卡 第二节吊钳 第三节吊环 第四节卡瓦 第五节其它工具 第四章井控装置 第一节闸板防喷器 第二节环型防喷器 第三节旋转防喷器 第四节防喷器控制装置 第五节钻具内防喷装置 第五章井下动力钻具和工具 第一节螺杆钻具 第二节空气锤 第五章井下动力钻具和工具 井下动力钻具和某些带有井下动力的工具是钻某些特 殊井所使用的专用工具。这些工具的出现，是一些高难度 油井的钻井成功的保证。 井下动力钻具有早期的涡轮钻具、电动钻具以及现在 成熟和广泛应用的螺杆钻具。空气锤是带有动力性质的井 下工具。它们的出现，解决了很多钻井的难题，为推动钻 井技术的发展做出了贡献。 但是，这些工具出现的比常规工具要晚，还有很多不 完善的地方，所以现在系列化和标准化的工作还在进行。 各国和各生产厂是按照自定的规格标准生产的。将来会随 着产品的成熟和大量生产，完善的标准产品会出现。 第一节螺杆钻具 在螺杆钻具出现之前，曾经使用过涡轮钻具作为井下在螺杆钻具出现之前，曾经使用过涡轮钻具作为井下 动力。涡轮钻具有一些固有的缺点，限制了它的应用。例动力。涡轮钻具有一些固有的缺点，限制了它的应用。例 如，涡轮的直径较大，很难制造出直径小、功率足够大的如，涡轮的直径较大，很难制造出直径小、功率足够大的 涡轮钻具；涡轮的转速很高，不能直接驱动钻头，往往需涡轮钻具；涡轮的转速很高，不能直接驱动钻头，往往需 要减速器进行减速，增加了装置的复杂性，降低可靠性。要减速器进行减速，增加了装置的复杂性，降低可靠性。 因此，涡轮钻具除了在某些直井中使用过，在弯曲半径比因此，涡轮钻具除了在某些直井中使用过，在弯曲半径比 较小的定向斜井、小直径的井、水平井等处使用并不方便。较小的定向斜井、小直径的井、水平井等处使用并不方便。 电动钻具所需要的电缆在泥浆环境中故障率较高，不适应电动钻具所需要的电缆在泥浆环境中故障率较高，不适应 于较深井，也没有得到推广。现在广泛使用的是螺杆钻具。于较深井，也没有得到推广。现在广泛使用的是螺杆钻具。 螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，用钻井泥螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，用钻井泥 浆驱动螺杆旋转，带动钻头破碎岩石。浆驱动螺杆旋转，带动钻头破碎岩石。 螺杆钻具是一种新型的井下动力钻具，它采用容积式马 达，以钻井液为动力，产生转速和扭矩，广泛用于打定向井、 丛式井和水平钻井，因此能满足钻井新工艺的要求，在国外 得到了迅速的发展。 我国从上世纪80年代开始研制螺杆钻具，80年代中期引 进了美国迪纳（Dyna－Drill）钻具技术，90年代初形成生产 规模，产品覆盖全国80％以上地区 一、螺杆钻具的应用范围一、螺杆钻具的应用范围 螺杆钻具比较适合于钻各种弯曲半径的定向斜井，钻水平 井段和进行侧钻、分支井眼的钻进。 由于螺杆钻具的直径可以做得很小，长度也可以比较短， 并可以分成几节连结使用，因此在造斜的弯曲井段、在小直径 的井眼都可以方便地使用。在无法使用转盘或顶驱钻进的井， 螺杆钻具能发挥其功能。 螺杆钻具的转速与牙轮钻头、金刚石钻头都能很好地匹配， 可以选用不同的螺杆头数，得到不同的转速和扭矩，钻进的速 度比较高。 螺杆钻具可以与普通钻杆配合，也可以与连续油管配合使 用。 螺杆钻具的出现，使水平井、侧钻井、分支井、小井眼井 得到成功。 二、螺杆钻具的原理 螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，由传动轴总成、螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，由传动轴总成、 马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成。。 见下图。见下图。 泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达，在马达进出口泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达，在马达进出口 形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向形成一定压差推动马达的转子旋转，并将扭矩和转速通过万向 轴和传动轴传递给钻头。轴和传动轴传递给钻头。 螺杆钻具的马达是一种新型的内啮合回转式容积马达。主螺杆钻具的马达是一种新型的内啮合回转式容积马达。主 要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。要工作部件是偏心螺杆（转子）和固定的衬套（定子）。 传动轴总成传动轴总成 万向轴总成万向轴总成 马达总成马达总成 防掉总成 旁通阀总成 以单头螺杆为例说明 螺杆钻具的工作。 马达的外壳是定子， 其截面的形状见图。内腔 是螺旋状的、两端带半圆 弧的柱体。 内腔里有螺杆，是转 子。螺杆的形状见图。螺 杆是圆柱体，弯曲成螺旋 状。 转子放在定子内，由 于形状不一致，就在定子 和转子之间有空间。 当高压泥浆进入腔室后流进转子和定子间的空隙。压 力迫使流体沿螺旋的空隙运动，就带动螺杆（转子）旋转。 流量越大，转速越快；压力越高，产生的扭矩越大。 马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头 数比转子多数比转子多11）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小；）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小； 头数越多，转速越低，扭矩越大。转子头数与定子头数比有头数越多，转速越低，扭矩越大。转子头数与定子头数比有 11：：22；；33：：44；；55：：66；；77：：88；；99：：1010的马达，下图是几种典型的马达，下图是几种典型 马达配合的截面轮廊：马达配合的截面轮廊： 1:21:2 3:43:4 5:65:6 7:87:8 9:109:10 三、螺杆钻具的结构 由传动轴总成、马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀由传动轴总成、马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀 总成五大部分组成总成五大部分组成。螺杆钻具的性能主要取决于马达总成。。螺杆钻具的性能主要取决于马达总成。 11、马达总成、马达总成 马达总成由定子外壳、转子和橡胶套组成，见下图。马达总成由定子外壳、转子和橡胶套组成，见下图。 定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。橡胶内孔是具有一定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。橡胶内孔是具有一 定几何参数的螺旋。转子是一根有镀铬硬层的螺杆。定几何参数的螺旋。转子是一根有镀铬硬层的螺杆。 定子定子 转子转子 橡胶橡胶 衬套衬套 定子定子 壳体壳体 转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的 螺旋密封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转螺旋密封线，同时形成密封腔。随着转子在定子中的转 动，密封腔沿着轴向移动，不断的生成与消失，完成其 动，密封腔沿着轴向移动，不断的生成与消失，完成其 能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。 能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。 马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级 马达定子一个导程组成一个密封腔，也称为一级。每级 额定工作压降为 额定工作压降为00..8MPa, 8MPa,最大压降为额定工作压力的 最大压降为额定工作压力的1.3 1.3倍， 倍， 如四级马达，额定压降应为 如四级马达，额定压降应为33..2MPa, 2MPa,最大压降为 最大压降为44..2MPa 2MPa。压 。压 降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完 降超过此值马达就会产生泄漏，转速很快下降，严重时会完 全停止转动，甚至造成马达损坏，用户应特别注意。 全停止转动，甚至造成马达损坏，用户应特别注意。 为了确保马达的密封效果，转子与定子之间的配合尺寸 为了确保马达的密封效果，转子与定子之间的配合尺寸 与不同井深的温度有关 与不同井深的温度有关,,因此在选择钻具时应尽可能准确地提 因此在选择钻具时应尽可能准确地提 供给厂家钻具应用场所的井温情况，以便推荐使用松紧配合 供给厂家钻具应用场所的井温情况，以便推荐使用松紧配合 状态适合的马达。现场使用的泥浆流量应在推荐的范围之内 状态适合的马达。现场使用的泥浆流量应在推荐的范围之内,, 否则将影响马达效率，甚至马达磨损加快。 否则将影响马达效率，甚至马达磨损加快。 马达的输出扭矩与马达的压降成正比，输出转速与输入 马达的输出扭矩与马达的压降成正比，输出转速与输入 泥浆量成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因 泥浆量成正比，随着负载的增加，钻具的转速有所降低，因 此在地面只要根据压力表控制压力，根据流量计控制泵的流 此在地面只要根据压力表控制压力，根据流量计控制泵的流 量，就可以控制井下钻具的扭矩和转速。 量，就可以控制井下钻具的扭矩和转速。 中空转子马达 中空转子马达：： 为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加 为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加 工成为带喷嘴的中空转子。 工成为带喷嘴的中空转子。 此马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转 此马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转 子喷嘴流量的总和，每种规格的马达都有其推荐的最大和 子喷嘴流量的总和，每种规格的马达都有其推荐的最大和 最小流量值。如果流量过大，转子会超速运转，定子和转 最小流量值。如果流量过大，转子会超速运转，定子和转 子会出现提前损坏，如果流量过小，马达将停止转动。因 子会出现提前损坏，如果流量过小，马达将停止转动。因 此在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保 此在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保 持或高于最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。 持或高于最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。 在泥浆密度、 在泥浆密度、喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转 喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转 子喷嘴的流量和流经马达密封腔的流量总是随负载变化而 子喷嘴的流量和流经马达密封腔的流量总是随负载变化而 变化的。钻头离开井底，马达负载近似为零，此时流经转 变化的。钻头离开井底，马达负载近似为零，此时流经转 子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头钻 子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头钻 进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而 进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而 此时流经马达密封腔流量减少。 此时流经马达密封腔流量减少。 中空 中空 转子 转子 2、旁通阀总成： 旁通阀总成： 它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔 它主要由阀体、阀芯、阀套、弹簧、筛板、密封件、孔 用挡圈组成。 用挡圈组成。 筛筛 板板 隔隔 板板 隔隔 板板 密封件 密封件 弹弹 簧簧 挡挡 圈圈 挡圈 阀阀 芯芯 阀阀 套套 阀阀 体体 它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位 它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位 置，使钻柱中泥浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时 置，使钻柱中泥浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时 泥浆不溢于井台上。 泥浆不溢于井台上。 当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通 当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通 阀孔，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。 阀孔，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。 当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧 当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧 力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。 力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 3、防掉总成 防掉总成 由防掉接头、防掉锁母和放掉连杆组成，见图。它的作用 由防掉接头、防掉锁母和放掉连杆组成，见图。它的作用 是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压 是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压 升高使地面及时发现问题避免造成事故。 升高使地面及时发现问题避免造成事故。 防掉接头 防掉接头 防掉锁母 防掉锁母 防掉连杆 防掉连杆 防掉接头 防掉接头 防掉锁母 防掉锁母 防掉连杆 防掉连杆 泥浆 泥浆 泥浆 泥浆 44、万向轴总成 、万向轴总成 万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动， 万向轴的作用是将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动， 将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴大多采用 将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴大多采用 瓣形，也有采用挠轴形式的。 瓣形，也有采用挠轴形式的。 ··球传动万向轴总成 球传动万向轴总成 球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式传递扭矩，用高温润 球传动万向轴采用球、杆、绞连接方式传递扭矩，用高温润 滑脂润滑摩擦副，橡胶套密封钢球运动部分，隔离含磨砺性钻井 滑脂润滑摩擦副，橡胶套密封钢球运动部分，隔离含磨砺性钻井 液，球传动万向轴工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、 液，球传动万向轴工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、 抗高温性相对提高；因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作 抗高温性相对提高；因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作 寿命相应延长。 寿命相应延长。 花瓣型万向轴总成 花瓣型万向轴总成 球传动万向轴总成 球传动万向轴总成 球传动万向轴总成的组成见下图。 球传动万向轴总成的组成见下图。 传传 动动 球球 承承 压压 球球 球球 座座 锁锁 紧紧 套套 连连 杆杆 活活 绞绞 密密 封封 套套 可调弯壳体结构见图。可调弯壳体可调角度范围有 可调弯壳体结构见图。可调弯壳体可调角度范围有 00°° ～～22°°、、00°°～～33°°、、00°°～～44°°。。 上壳体 上壳体 下壳体 下壳体 定位套 定位套 弯接头 弯接头 可调弯壳体 可调弯壳体 1.5 1.5°° 00°° 上壳体 上壳体 下壳体 下壳体 定位套 定位套 5、传动轴总成 传动轴总成 传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受 传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受 钻压所产生的轴向和径向负荷。传动轴总成有两种结构： 钻压所产生的轴向和径向负荷。传动轴总成有两种结构： 钻头水眼压降为 钻头水眼压降为7.0MPa 7.0MPa，采用硬质合金径向轴承和中间有 ，采用硬质合金径向轴承和中间有 一组推力轴承的传动轴总成（如下图）： 一组推力轴承的传动轴总成（如下图）： 钻头水眼压降为 钻头水眼压降为14.0MPa 14.0MPa，采用硬质合金径向轴承和金刚 ，采用硬质合金径向轴承和金刚 石复合片（ 石复合片（PDC PDC）的平面止推轴承，其寿命更长、承载能力更 ）的平面止推轴承，其寿命更长、承载能力更 高。 高。 a.7.0MPa a.7.0MPa传动轴总成 传动轴总成 b.14.0MPa b.14.0MPa传动轴总成 传动轴总成 传动轴总成的组成部件见图： 传动轴总成的组成部件见图： 壳壳 体体 下下TC TC动套 动套 下 下TC TC静套 静套 锁母 锁母 上上TC TC静套 静套 上 上TC TC动套 动套 串轴承 串轴承 隔套 隔套 水帽 水帽 传动轴 传动轴 键键 为了适应钻井的需要，螺杆钻具的传动轴总成的外壳上 为了适应钻井的需要，螺杆钻具的传动轴总成的外壳上 配有不同种类的稳定器，有固定式的和可换套式的。稳定器 配有不同种类的稳定器，有固定式的和可换套式的。稳定器 的扶正条形式多种多样，用户可根据钻井工艺的需要选择使 的扶正条形式多种多样，用户可根据钻井工艺的需要选择使 用。 用。 直棱稳定器 直棱稳定器 三瓣偏心稳定器 三瓣偏心稳定器 三瓣、五瓣螺旋稳定器 三瓣、五瓣螺旋稳定器 三瓣、五瓣球型稳定器 三瓣、五瓣球型稳定器 可换套式的稳定器： 可换套式的稳定器： 可换稳定器套筒 可换稳定器套筒 四、螺杆钻具的规格型号 螺杆钻具型号说明 螺杆钻具型号说明见图。 见图。 例：型号为5LZ165×7.0 L的螺杆钻具表示为转子头数与定 子头数比为5﹕6的、外径为 165mm螺杆钻具，钻头水眼压降为 7.0Mpa。L是制造商的代号。 1LZ203Bx7.0- ⅧL 技术参数： 钻具参数 英制 公制 公称直径 8 in 203 mm 马达头数 1:2 1:2 马达级数 4 4 井眼尺寸 9 7 / 8 -12 1 / 4 in 251-311 mm 钻头螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 连接螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 钻头水眼压降 200-1000 psi 1.4-6.9 MPa 流量 120-250 gpm 465-9305 lpm 钻头转数 122-245 rpm 122-245 rpm 马达工作压力降 466 psi 3.2 MPa 马达最大压力降 659 psi 4.25 MPa 工作扭矩 1007 ft-lb 1366 N.m 最大扭矩 1338 ft-lb 1814 N.m 功率 62 hp 47 Kw 工作钻压 22000 lb 10 T 最大钻压 37400 lb 17 T 钻头至弯点距 69 in 1752 mm 钻具全长 266 in 6760 mm 5LZ203Bx7.0- ⅧL 技术参数： 钻具参数 英制 公制 公称直径 8 in 203 mm 马达头数 5:6 5:6 马达级数 4 4 井眼尺寸 9 7 / 8 -12 1 / 4 in 251-311 mm 钻头螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 连接螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 钻头水眼压降 200-1000 psi 1.4-6.9MPa 流量 300-590 gpm 1113-2225 lpm 钻头转数 77-141 rpm 77-141 rpm 马达工作压力降 466 psi 3.2 MPa 马达最大压力降 659 psi 4.25 MPa 工作扭矩 3704 ft-lb 5022 N.m 最大扭矩 4920 ft-lb 6700 N.m 功率 133 hp 99 Kw 工作钻压 33000 lb 15 T 最大钻压 44000 lb 20 T 钻头至弯点距 69 in 1752 mm 钻具全长 266 in 6760 mm 钻具参数 英制 公制 公称直径 8 in 203 mm 马达头数 5:6 5:6 马达级数 4 4 井眼尺寸 9 7 / 8 -12 1 / 4 in 251-311 mm 钻头螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 连接螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 钻头水眼压降 200-1000 psi 1.4-6.9MPa 流量 300-590 gpm 1113-2225 lpm 钻头转数 77-141 rpm 77-141 rpm 马达工作压力降 466 psi 3.2 MPa 马达最大压力降 659 psi 4.25 MPa 工作扭矩 3704 ft-lb 5022 N.m 最大扭矩 4920 ft-lb 6700 N.m 功率 133 hp 99 Kw 工作钻压 33000 lb 15 T 最大钻压 44000 lb 20 T 钻头至弯点距 69 in 1752 mm 钻具全长 266 in 6760 mm 5LZ203Bx7.0- ⅧLL 技术参数： 钻具参数 英制 公制 公称直径 8 in 203 mm 马达头数 9:10 9:10 马达级数 4 4 井眼尺寸 9 7 / 8 -12 1 / 4 in 251-311 mm 钻头螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 连接螺纹 6 5 / 8 REG 6 5 / 8 REG 钻头水眼压降 200-1000 psi 1.4-6.9 MPa 流量 340-670 gpm 1267-2534 lpm 钻头转数 65-130 rpm 65-130 rpm 马达工作压力降 466 psi 3.2 MPa 马达最大压力降 659 psi 4.25 MPa 工作扭矩 4617 ft-lb 6260 N.m 最大扭矩 6132 ft-lb 8315 N.m 功率 152 hp 113 Kw 工作钻压 33000 lb 15 T 最大钻压 44000 lb 20 T 钻头至弯点距 69 in 1752 mm 钻具全长 332 in 8440 mm 9LZ203Bx7.0- ⅧLL 技术参数： 五、螺杆钻具使用的注意事项 排量、钻压要按照使用手册的推荐范围使用；如需要大排 量时，可使用中空马达； 为了防止螺杆发生偏磨应尽量提高泥浆润滑性。必须严格 使用固控设备，固相含量不高于13%，含沙量不高于0.5%； 下钻时应注意下放速度，避免下放过快在通过防喷器、 井口装置、隔水管、分级注水泥接箍、套管、封隔器、尾管悬 挂器、井眼的狗腿时损坏螺杆。由其大角度的螺杆更要注意； 螺杆要到井底时，开泵循环清理井底沉沙。防止沉沙进入 螺杆造成沙卡； 最初加压要缓慢，使钻头清缓的磨合，直到建立起钻井模 式； 钻井时，应尽可能保持恒定的立柱压力，使螺杆输出扭矩 稳定； 加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提前损坏。 第二节 空气锤 一、概况 空气锤钻进方法是指用空气驱动的锤击式钻头对岩石 施加锤击压力并同时回转，予以高频冲击能量，进行孔底 冲击回转钻井。这种方法比一般回转钻进效率高，孔内事 故少，工程成本低。因此，空气锤钻进方法，在钻进中硬 以上岩层的工程中正在扩大使用范围。 用空气锤破碎岩石或其它坚硬物体，在建筑等行业已 经是历史悠久了。例如，空气锤破碎路面、开采石料、采 煤等已经又多年。使用空气锤破碎，仅仅需要空气压缩机 配合气锤即可，具有方便、速度快、成本低廉的许多优点， 应用很普遍。 在石油钻井中使用空气锤钻进的历史与空气钻井是同步发 展的。三十年代中期开始发展起来的空气锤，经过不断改进和 完善，已经在一些发达国家广泛应用。在上个世纪五十年代末 已经开始用于深井钻进。在此期间，美国在3000～3500m的深 井中，成功地进行了空气锤的钻进。在前苏联，1975年已有约 30万米以上的工作量是用空气锤钻进完成的。 但是，空气钻井的总的数量并不多，用水基钻井液进行过 平衡压力钻井和近平衡压力钻井占据了大多数。所以，以空气 钻井为基础的空气锤钻井技术发展不快，数量不多。 近几年欠平衡钻井技术，尤其是空气钻井技术的快速发展 将空气锤钻井技术带入快速发展阶段。 因为在欠平衡钻井时要用到空压机，因而压缩气在现场可随 时供给，所以任何时候需要使用孔气锤钻井，就方便的多，不 需增加柴油消耗，便能提升钻速，加快钻井周期，减低钻井总 体成本，其要点仅是增置空气锤与钻头。 国内空气锤的使用，已有二十多年的历史。1978年， 在VIII~X级的凝灰岩和辉绿岩中钻成了三口水井，其深度 分别为50.3、45.5和64m，这是我国用空气锤钻进最早的一 次实践。从这时起，国内在水文、地质、地面工程等领域 开始广泛应用这一技术，并表现出该项技术具有强大的市 场竞争力。 在石油钻进领域，我国在上世纪九十年代初，进行了 一次探索性试验。用英格索兰公司的空气锤，在井深1000 米的井下钻进。由于各方面技术条件限制，没有取得预期 的效果。 由于石油钻探生产条件和技术条件与水文、地质勘探、 地面工程不同。因此，给空气锤在石油钻探领域的应用提 出了新的要求。 二、空气锤工作原理与性能参数 1、空气锤的分类 空气锤的结构形式很多。按排气方式的不同，可分为中 心排气式和旁侧排气式。按配气装置的不同，可分为阀式和 无阀式。 中心排气的阀式空气锤简称为阀式空气锤。早期的空气 锤均为阀式。它具有结构简单，维修方便等优点，但功能特 性不如无阀式空气锤。特别是不能适应石油钻井要求的大排 气量、高压力的条件。 中心排气的无阀式空气锤简称为无阀式空气锤。它是一 种结构简单而性能更为先进的空气锤。其主要结构特点是利 用空气锤本身结构的特点配气。由于石油油井深，钻进时需 要较大的气量携带岩屑。无阀式空气锤更能适合大排气量工 况。 2、无阀式空气锤的工作原理 压缩空气到达上接头1，推开逆止塞2， 进入空气锤外壳4与缸体23之间的环空气道5， 然后经缸体的下排气眼6和活塞下气槽22及 活塞下气道7进入空气锤下腔8，推动活塞21 上行。当活塞下端与钻头10的尾管24脱开时， 下腔内的压缩空气经尾管及钻头的通孔排往 孔底。此时，活塞上气槽20对准缸体的中排 气眼19，压缩空气经活塞上气道17进入空气 锤上腔16。 图1 无阀式空气锤示意图 1-上接头2-逆止塞3-密封垫4-外壳5-环空气道 6- 下排气眼7-空气锤下气道8-下腔9-限位阀10-钻头 11-外壳接头12-塞座13-弹簧14-节流塞15-配气尾 杆16-上腔17-空气锤下气道18-上排气眼19-中排气 眼20-上气槽21-活塞22-下气槽23-缸体24-钻头尾 管25-弹簧圈26-花键接头 由于处于上腔内的配气尾杆15 已经进入活塞上端中心通孔，将上 腔封闭，上腔内压力迅速上升。当 活塞行至上死点后即开始高速下行， 冲击钻头上端。在活塞冲击钻头之 前，尾杆与活塞脱离，上腔内的压 缩空气经活塞中心通孔泄向孔底。 在活塞冲击钻头时，活塞下气槽又 与缸体下排气眼对准，压缩空气重

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