科钻一井液动锤技术总结

  1．结论。
 
  从科钻一井全井的液动锤应用效果来看，液动锤技术对缩短工期、降低施工成本起到了非常重要的作用，推动了我国的钻探技术水平提高，体现了我国的钻探技术特色。
 
  1)缩短工期、节约经费。
 
  全孔中使用螺杆马达液动锤钻进638回次，按常规的螺杆马达取心钻进的回次长度计算，需钻进1773个回次，增加了1135个回次；以每回次起钻平均需要12h计算，则增加施工时间568d;以每天4万元日费计算，节省费用2272万元。机械钻速提高59%，按表8-35计算，机械钻速提高可减少纯钻进时间7ld，节约经费284余万元。以上两项合计可缩短工期639d，节约经费2556万元，投入产出比超过了1：10。
 
  2)推动液动锤技术进步，体现我国钻探技术特色。
 
  液动锤在科钻一井成功应用，创造了在复杂的泥浆环境中应用井深超过5000 m的记录，验证了液动锤冲击回转钻进技术的深孔应用性能，使液动锤技术跃上了一个新的台阶，成为液动冲击回转技术发展中的里程碑。
 
  2．存在问题。
 
  液动锤在科钻一井中的应用还存在以下问题。
 
  1)杂物对液动锤的危害。
 
  泥浆循环系统中由于零件磨损会出现金属碎屑，这些碎屑一旦进入液动锤的密封环节，经常会导致活塞的卡死，有时甚至会导致活塞副的报废；另外，泥浆中添加大尺寸的惰性堵漏材料会将液动锤的活塞间隙像地层的间隙一样堵死，同样将液动锤活塞卡死。
 
  在MH-lC取心钻进初期，由于下套管施工果用了塑料小球作为固体润滑剂，这些塑料小球大小不等，密度与泥浆接近，振动筛不能将其全部过滤掉，更换泥浆体系时，泥浆罐和管路内的塑料小球清理不够彻底，残留的小球易挤进液动锤的活塞内而将活塞卡死，在温度较高的井下，其软化后有一定的韧性，危害更大。螺杆马达定子橡胶脱落形成的橡胶块，随泥浆循环进入液动锤后，也会对液动锤内部的泥浆通道形成堵塞，导致液动锤不工作。
 
  2)外管的损伤。
 
  液动锤的外管是液动锤强度的关键零件，壁厚过大，影响液动锤内部零件的尺寸，影响液动锤的输出性能，所以液动锤的外管不能太厚。然而在现场使用过程中，反复拧卸易导致液动锤外管螺纹部位的损伤、强度降低、外管变形；外管变形导致内部零件被卡死而报废（图8-42）。因此，在今后液动锤的设计中，应根据实际使用条件，综合考虑液动锤外管的强度问题。
 
  3)井深增加效率有所下降。
 
  从主孔三个取心阶段的液动锤使用数据可以看出：随着井深的增加，液动锤不断完善，但是液动锤的钻进效率有所降低，主要有三方面的原因。
 
  (1)随着岩石埋藏深度的增加，岩石的强度是上升的，同时岩石的弹性模数也同样随着压力的增加而上升(武汉地质学院等，1980)，从而导致钻进效率的下降。根据德国克劳斯塔尔大学的研究成果，随着环境围压的逐步增加，岩石的抗压强度和塑性都有不同程度的上升，如果需要产生伺样的破碎体积，则需要的冲击功也将大幅度上升。如果提高液动锤的冲击功，可能引起井底取心钻具的强度不足。考虑深井事故处理成本较高，后期施工中钻进工艺参数趋于保守，一定程度上影响了液动锤的钻进效率。
 
  (2)实际施工中地层的变化：随着井深的增加，所钻进地层的类型有所变化，井越深，榴辉岩和角闪岩比例逐渐减少，强度较高的片麻岩成为主要钻进地层，4000m之后几乎均为片麻岩。在榴辉岩井段采用螺杆马达液动锤钻进时机械钻速常达到2m/h左右；而在片麻岩中机械钻速只有1. 2～1. 5m/h，如果地层相对破碎，岩心堵塞会进一步影响液动锤的钻进效率，这也是深孔阶段效率下降的主要原因。
 
  (3)虽然没有发现液动锤的冲击功随背压升高而明显降低的现象，但是该现象在理论和室内试验证明还是存在的，虽然趋势不十分明显，但随着井深的增加，背压对阀式双作用液动锤的碎岩效果也有可能存在一定的影响。
 
  液动锤钻进技术在科钻一井中的成功应用，为该工程缩短施工周期，节约了大量工程费用，也成为该工程的主要钻探技术特色之一。液动锤在科钻一井的应用为推动液动冲击回转技术的巨大发展、拓宽液动锤应用领域、确立我国在液动锤技术上的国际领先地位起到了重要的作用。