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[摘 要]本文主要分析了液动冲击器的研究进展，以及国内外石油钻井领域在液动冲击器上研究开发现状。
[关键词]液动冲击器、石油、钻井、旋冲
中图分类号：P634.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0354-01
一、液动冲击器的研究进展
液动冲击器利用高压水或泥浆作为动力介质，其应用已经有上百年历史。早在19世纪60年代就有人进行了潜孔式液动冲击器的研制。1900年-1905年，俄国工程师B.沃尔斯基，设计了石油钻井的液动冲击器，并开创了液动冲击器的理论研究工作。20世纪50年代，美国、加拿大和前苏联等国才研制出几种具有实用价值的液动冲击器。后来前苏联在岩心钻探中大规模应用液动冲击回转钻进技术。目前，其在该项项目技术的理论研究和实际应用居世界领先水平。
我国在液动冲击回转钻进的理论研究方面较国外有一定差距，但是在产品的研制开发方面一直紧跟国际的步伐，并有赶超趋势。
2001年陶兴华在旋冲钻井技术应用的基础上，对旋冲钻井破岩特点进了描述，论述了旋冲钻井技术应用对钻头寿命的影响以及旋冲钻井工具（液动射流式冲击器）的工作原理和室内研究，确定了旋冲钻井参数，进行了现场6次入井实验，实验表明旋冲钻井工艺技术在深井钻井中应用，可提高机械钻速20%～160%，为深井快速钻井探索出了一条有效的途径，丰富了深井钻井技术内容。
2001年，菅志军等分析了钻井现状，发现采用传统牙轮钻、PDC钻头以及喷射钻井装置，在钻遇硬地层时存在钻具寿命短，钻进效率低，钻井周期长等问题，指出采用液动冲击旋转钻井技术是解决这些问题的最有效方法。进而又分析了国内外各种冲击器的结构工作原理，实验结果和生产应用情况，介绍了该方向的发展趋势。
2007年蒋宏伟在给出射吸式液动冲击器基本结构的前提下，利用Pro/Engineer软件建立了这种冲击器的流动实体，并对流动实体进行了网格划分。利用计算流体动力学对冲击器内部流场进行了数值模拟计算，得到冲击器内部流场的速度和压力分布、排量与卷吸作用的关系、冲击器各受力面的受力情况、喷嘴的直径和结构对工作参数的影响规律，同时也分析了冲程对冲击器工作参数的影响。模拟研究结果对指导冲击器的内部结构设计具有重要意义。
2008年刘晓旭等研究表明液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。
2009年袁新梅等为解决液动冲击器在使用过程中缸体出液孔口出现冲蚀坑的问题，采用CFD分析法对缸体工作过程进行模拟仿真，根据流场模拟结果提出结构改进方法，将缸体流道从径向水平改为与水平方向成45°角的结构。研究结果表明，缸体流道沿径向水平时会引起出液孔口附近液体流速和压力突变，产生脱流回流现象，导致缸体出液孔口附近发生严重冲蚀；结构改进后流场分布情况得到明显改善，且能满足缸体强度要求，延长了冲击器缸体的使用寿命。现场实验中改进后的液动冲击器的平均钻速比改进前提高了34%。
2010年滕学清等人在阐述旋冲钻井的主要工具--双作用液动冲击器结构及原理的基础上提出了SDSZ双作用液动冲击器的结构设计方案，并据其工作性能及其内部活动件之间的匹配關系，推导出了冲击器性能参数，冲锤质量及寿命的计算模型；同时用这些模型进行了178mm SDSZ型双作用液动冲击器具体结构尺寸的计算。计算结果验证了上述型理论模型的正确性。同时通过室内实验，确定出了冲程，上阀程，下阀程的匹配关系。实验表明，所研制的SDSZ双作用液动冲击器具有工作平稳，启动灵活，冲击力大，使用寿命长等特点。
二、液动冲击器的现状
继软地层采用牙轮喷射钻井技术取得重大突破并获得十分显著的钻进效果后，液动冲击旋转钻井技术被认为是解决深井硬地层钻进难题的最有前途的方法之一，从而实现石油钻井领域的又一重大飞跃。国内外学者对此进行了大量研究。
（1）国外研究情况
美国泛美石油公司研究开发了一种石油钻井用双作用液动冲器在240m井深做过实验，在石灰岩地层中钻进速度比普通钻进方法提高96%-350%。
美国Perth钻探设备公司受ODP（大洋钻探计划委员会）的委托研制一种液动锤，准备在水深5000m的海底钻进。但目前未见其应用成果的报道。
美国Smith Tool公司与英国、德国合作研究出一种阀式无簧式双作用冲击器，目前正在做进一步的深入研究与改进工作。德国克劳斯塔尔工业大学深钻研究所也在开展液动冲击器的工作理论实验研究及微机仿真电算研究。1993年，设计了一套直径为140mm的阀式双作用冲击器。
德国克劳斯塔尔工业大学深钻研究所也在开展液动冲击器的工作理论实验研究及微机仿真电算研究。1993年，设计了一套直径为140mm的阀式双作用冲击器，采用两个弹簧。
（2）国内研究情况
1）YZX-127型高冲击功液动冲击器。YZX-127型液动冲击器由国土资源部勘探技术研究所研制，为一种阀式双作用类型冲击器。1999年6月在江苏东海科学钻探先导孔的实验孔对冲击器进行了钻进实验，钻进地层为片麻岩，石英含量高，研磨性强，平均钻速达2.55m/h，且用牙轮钻头比球齿钻头的效果更好。
2）XC型液力冲击器。XC型液力冲击器由大庆油田石油钻井研究所设计。这种冲击器亦属阀式双作用类型，与国内同类型冲击器的工作原理基本相同，其主要特点：采用活塞环密封，密封可靠，摩擦阻力小，寿命长；整个冲击器只有8个零件，且结构简单；单次冲击能较大。
3）YSC-178型液动射流式冲击器。YSC-178型液动射流式冲击器主要由长春科技大学研究。实验由地矿部石油钻井研究所协助，最长入井时间84h，钻进最大井深260m，在较硬砂岩中钻进，采用牙轮钻头，平均钻速达3.58m/h，与普通牙轮钻头钻进相比提高效率161%，获得了较好的实验效果。
4）SYZL液动冲击器。SYZJ液动冲击器为双作用类型冲击器，由石油大学研制。实验结果表明，纯钻进时间32h，在粉沙岩井段平均机械钻速为4m/h，与纯旋转钻井相比，提高钻井速度63%，在泥岩中提高钻速21%，并减少了井眼偏斜，获得了很好的效果。
5）射吸式双作用油井深井冲击器。射吸式双作用油井深井冲击器由西安石油学院研制，目前冲击器正在进行进一步的实验研究。
参考文献
[1] 蒋宏伟，刘永胜，等.旋冲钻井破岩力学模型的研究[J].石油钻探技术，2006，34（1）：13-16.
[2] 王谊，施连海.水力脉冲冲击钻井工具初步研究与实验[J].石油钻探技术，2006，34（2）：51-52.
[3] 熊青山，王越之，殷琨，夏宏南.阀式液动射流冲击器的研制[J].石油钻探技术，2007，（03）：63-65.
[关键词]液动冲击器、石油、钻井、旋冲
中图分类号：P634.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0354-01
一、液动冲击器的研究进展
液动冲击器利用高压水或泥浆作为动力介质，其应用已经有上百年历史。早在19世纪60年代就有人进行了潜孔式液动冲击器的研制。1900年-1905年，俄国工程师B.沃尔斯基，设计了石油钻井的液动冲击器，并开创了液动冲击器的理论研究工作。20世纪50年代，美国、加拿大和前苏联等国才研制出几种具有实用价值的液动冲击器。后来前苏联在岩心钻探中大规模应用液动冲击回转钻进技术。目前，其在该项项目技术的理论研究和实际应用居世界领先水平。
我国在液动冲击回转钻进的理论研究方面较国外有一定差距，但是在产品的研制开发方面一直紧跟国际的步伐，并有赶超趋势。
2001年陶兴华在旋冲钻井技术应用的基础上，对旋冲钻井破岩特点进了描述，论述了旋冲钻井技术应用对钻头寿命的影响以及旋冲钻井工具（液动射流式冲击器）的工作原理和室内研究，确定了旋冲钻井参数，进行了现场6次入井实验，实验表明旋冲钻井工艺技术在深井钻井中应用，可提高机械钻速20%～160%，为深井快速钻井探索出了一条有效的途径，丰富了深井钻井技术内容。
2001年，菅志军等分析了钻井现状，发现采用传统牙轮钻、PDC钻头以及喷射钻井装置，在钻遇硬地层时存在钻具寿命短，钻进效率低，钻井周期长等问题，指出采用液动冲击旋转钻井技术是解决这些问题的最有效方法。进而又分析了国内外各种冲击器的结构工作原理，实验结果和生产应用情况，介绍了该方向的发展趋势。
2007年蒋宏伟在给出射吸式液动冲击器基本结构的前提下，利用Pro/Engineer软件建立了这种冲击器的流动实体，并对流动实体进行了网格划分。利用计算流体动力学对冲击器内部流场进行了数值模拟计算，得到冲击器内部流场的速度和压力分布、排量与卷吸作用的关系、冲击器各受力面的受力情况、喷嘴的直径和结构对工作参数的影响规律，同时也分析了冲程对冲击器工作参数的影响。模拟研究结果对指导冲击器的内部结构设计具有重要意义。
2008年刘晓旭等研究表明液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。
2009年袁新梅等为解决液动冲击器在使用过程中缸体出液孔口出现冲蚀坑的问题，采用CFD分析法对缸体工作过程进行模拟仿真，根据流场模拟结果提出结构改进方法，将缸体流道从径向水平改为与水平方向成45°角的结构。研究结果表明，缸体流道沿径向水平时会引起出液孔口附近液体流速和压力突变，产生脱流回流现象，导致缸体出液孔口附近发生严重冲蚀；结构改进后流场分布情况得到明显改善，且能满足缸体强度要求，延长了冲击器缸体的使用寿命。现场实验中改进后的液动冲击器的平均钻速比改进前提高了34%。
2010年滕学清等人在阐述旋冲钻井的主要工具--双作用液动冲击器结构及原理的基础上提出了SDSZ双作用液动冲击器的结构设计方案，并据其工作性能及其内部活动件之间的匹配關系，推导出了冲击器性能参数，冲锤质量及寿命的计算模型；同时用这些模型进行了178mm SDSZ型双作用液动冲击器具体结构尺寸的计算。计算结果验证了上述型理论模型的正确性。同时通过室内实验，确定出了冲程，上阀程，下阀程的匹配关系。实验表明，所研制的SDSZ双作用液动冲击器具有工作平稳，启动灵活，冲击力大，使用寿命长等特点。
二、液动冲击器的现状
继软地层采用牙轮喷射钻井技术取得重大突破并获得十分显著的钻进效果后，液动冲击旋转钻井技术被认为是解决深井硬地层钻进难题的最有前途的方法之一，从而实现石油钻井领域的又一重大飞跃。国内外学者对此进行了大量研究。
（1）国外研究情况
美国泛美石油公司研究开发了一种石油钻井用双作用液动冲器在240m井深做过实验，在石灰岩地层中钻进速度比普通钻进方法提高96%-350%。
美国Perth钻探设备公司受ODP（大洋钻探计划委员会）的委托研制一种液动锤，准备在水深5000m的海底钻进。但目前未见其应用成果的报道。
美国Smith Tool公司与英国、德国合作研究出一种阀式无簧式双作用冲击器，目前正在做进一步的深入研究与改进工作。德国克劳斯塔尔工业大学深钻研究所也在开展液动冲击器的工作理论实验研究及微机仿真电算研究。1993年，设计了一套直径为140mm的阀式双作用冲击器。
德国克劳斯塔尔工业大学深钻研究所也在开展液动冲击器的工作理论实验研究及微机仿真电算研究。1993年，设计了一套直径为140mm的阀式双作用冲击器，采用两个弹簧。
（2）国内研究情况
1）YZX-127型高冲击功液动冲击器。YZX-127型液动冲击器由国土资源部勘探技术研究所研制，为一种阀式双作用类型冲击器。1999年6月在江苏东海科学钻探先导孔的实验孔对冲击器进行了钻进实验，钻进地层为片麻岩，石英含量高，研磨性强，平均钻速达2.55m/h，且用牙轮钻头比球齿钻头的效果更好。
2）XC型液力冲击器。XC型液力冲击器由大庆油田石油钻井研究所设计。这种冲击器亦属阀式双作用类型，与国内同类型冲击器的工作原理基本相同，其主要特点：采用活塞环密封，密封可靠，摩擦阻力小，寿命长；整个冲击器只有8个零件，且结构简单；单次冲击能较大。
3）YSC-178型液动射流式冲击器。YSC-178型液动射流式冲击器主要由长春科技大学研究。实验由地矿部石油钻井研究所协助，最长入井时间84h，钻进最大井深260m，在较硬砂岩中钻进，采用牙轮钻头，平均钻速达3.58m/h，与普通牙轮钻头钻进相比提高效率161%，获得了较好的实验效果。
4）SYZL液动冲击器。SYZJ液动冲击器为双作用类型冲击器，由石油大学研制。实验结果表明，纯钻进时间32h，在粉沙岩井段平均机械钻速为4m/h，与纯旋转钻井相比，提高钻井速度63%，在泥岩中提高钻速21%，并减少了井眼偏斜，获得了很好的效果。
5）射吸式双作用油井深井冲击器。射吸式双作用油井深井冲击器由西安石油学院研制，目前冲击器正在进行进一步的实验研究。
参考文献
[1] 蒋宏伟，刘永胜，等.旋冲钻井破岩力学模型的研究[J].石油钻探技术，2006，34（1）：13-16.
[2] 王谊，施连海.水力脉冲冲击钻井工具初步研究与实验[J].石油钻探技术，2006，34（2）：51-52.
[3] 熊青山，王越之，殷琨，夏宏南.阀式液动射流冲击器的研制[J].石油钻探技术，2007，（03）：63-65.