一、 旋冲钻井
1） CQS型旋冲钻井工具
CQS型旋冲钻井工具〔射吸式冲击器)的基本结构如图1所示。冲击器下到井底后的工作过程是：喷嘴射流产生的射吸力使冲锤、活塞、滑阀复位到达上死点，滑阀关闭活塞之泄水孔，造成憋压，推动冲锤、活塞、滑阀下行;冲锤打击下砧子，将冲击力传递给钻头。由于滑阁和活塞之间有行程差，在活塞到达下死点之前，滑阀就停止下行并迅速返回上死点。活塞带动冲锤完成冲击下砧子后，在喷嘴射吸力的作用下，返回上死点完成一次做功过程;滑阀再次关闭活塞流道，重复以上做功过程。
1. 岩石破碎效率
旋冲钻井是在普通钻具组合的钻头上接一个液力冲击器，从而实现边旋转边冲击的钻井工艺。接在钻头上的旋冲钻井工具(液力冲击器)能够产生冲击动载，这个冲击动载使钻头上的比载荷增加，一方面有利于岩石达到体积破碎;另一方面还提高了加载速度，使岩石产生形变所需时间缩短，尽量保证钻头齿每次从接触井底到离开井底这段时间内，都能完成对岩石的完全加载过程。C.G怀特对七种单轴抗压强度大于70.4MPa的白云岩进行了可钻性指数测定，结果旋冲可钻性指数比旋转可钻性指数平均低33.6%，这就说明在一定预压力下冲击动载破碎岩石时，可降低岩石强度。旋冲钻井既可增加钻头比载荷，又能加速岩石变形，
使岩石在钻头齿作用时间内发生体积破碎，是提高破岩效率的行之有效的方法。 2） 液动旋冲钻井技术
液动冲击器又称液动锤，是液动旋冲钻井最关键的井下动力钻具。
目前国外许多公司在液动冲击器方面的研究都处于先进水平 ,其中有美国 Smith tool 公司、Ander2gauge 公司、AWDS 公司、Sperry 钻井服务公司、德 国克劳斯塔尔工业大学、日本 TONE 公司、加拿大SDS.Digger tools 公司、挪威国家石油公司等 ,其研究主要以各类阀式冲击器为主。图1是Andergauge 公司研发的一种液动冲击器 。该液动冲击受到周期性变化的液体压力作用，其内的碟形弹簧安装在芯轴台肩与上头体凸缘之间 ,处于下头体螺纹接头端与中空活塞之间，能产生2个轴向的弹簧力 ,对于中空活塞的往复运动及实现旋冲钻井效果起到关键作用。
我国从1958年开始对液动冲击钻井技术进行研究至今 ,不断有较多新型的冲击器问世并得到推广应用,且在液动冲击器理论研究方面和结构优化方面有较大的发展和突破。
表1 国内液动冲击器主要研究单位及其成果 主要研究单位 液动冲击器类型 国土资源勘探技术研究所 YZX2127 阀式双作用 大庆油田石油钻井研究所 XC型阀式双作用 石油大学 SYZJ 型阀式双作用 长庆石油管理局钻采研究院 阀式液动冲击器 西安石油大学 射吸式双作用 长春科技大学 液动射流式冲击器 大港油田钻采工艺研究院 液动射流式冲击器 德州石油钻井研究所 液动射流式冲击器 3） 气动旋冲钻井技术
在气动冲击器研究方面 ,美国 Ingersoll Rand公司、Smithtool 公司和 Weatherford 公司、加拿大Cubex 公司等较为先进，其研究的气动冲击器、压缩 机及配套钻头品种多样、型号齐全、适应范围广，占有较大的国际市场。图 是 设计的空气锤结构，其独特的空气传送槽、导向部分、底阀等结构，能使结构中空气通道相互协作，交替驱动空气锤活塞上下运动。
图3为目前国内新疆、长庆等油田应用的Cubex 公司研制的空气锤结构。这种结构的空气锤可以使其内的单向阀、气门、出气口等开关协调，巧妙地驱动活塞上下运动，实现空气钻井过程。
二、 液动冲击
液动冲击钻具主要由控制机构、动力机构、功率传递机构组成，见图，它连接在钻头与钻挺之间。钻进时，钻头受压，砧子向上移动到工作位置，此时冲击钻具对钻头产生冲击。钻压和扭矩通过钻挺、液动冲击钻具筒体和砧子传送给钻头，砧子可通过八方块向下滑动,当钻头离开井底时，砧子和钻头由于自身重量和钻井液压力滑动到下端位置，停止冲锤的往复运动。
结论：
旋冲钻井适合各种地层,均可提高机械转速,可用于易斜地层。当不能提高钻压钻进时 应用旋冲钻井也可提高钻井速度和井身质量。旋冲钻井不需要其它钻井设备。
三、颗粒冲击钻井技术
1. 颗粒可通过传统的钻头喷嘴内的高密硬质颗粒加速为高速颗粒物。当颗粒物的速度足够高和质量足够大时，颗粒撞击到岩石表面时可使其破裂和崩落下小颗粒。仅仅靠冲下小颗粒提高钻速效果并不明显。然而，冲落的数量很大，累积起来钻掉的体积就相当大了。颗粒冲击钻井系统设计每分钟的冲击次数可达400万次以上。
颗粒冲击钻井技术的工作原理是基于高速的颗粒物在冲击岩石的瞬间所产生的巨大作用应力。
2. 该系统由三个主要部分组成: 颗粒冲击钻头、颗粒处理系统和颗粒注入系统。 （1）颗粒冲击钻头
该类钻头在井下，是以足可以使钻遇的岩层破碎和削落的速度将颗粒钻穿的。由于钻头喷嘴和钻头几何形状设计独特，使钻头的钻穿方式很特殊。这种钻穿方式可使岩石被最合理地削落并使颗粒物的反弹方向远离钻头表面。
颗粒冲击钻头移除的难钻区域为井底剖面的标测角、侧翼和中心区域。剩余的区域形成一个环形岩石层可借助底部应力去除，底部应力是由加在倾斜的钻头面仅用外加的 5000～15000lb (1 lb =01454 kg) 的质量产生的。
倾斜的钻头面和钻头上较轻的载荷可形成对脆弱岩层环的张应力，使其持续地破裂成较大的碎块。较大的碎块连同别的颗粒物和钻屑被定向排到钻头的排屑槽，进入环形空间，进而随着循环泥浆泵出井眼。 （2）颗粒注入系统
这一地面装置主要负责将颗粒物注入到加压的泥浆流中，以及将这些泥浆流沿着钻管输入钻头。颗粒注入系统包含一个塔架和宽 1115 ft、深815 in、高 53 ft 的框架，并带有一个和喷射泵一样的在完井时备用的喷射泵机架。带有轮盘的垂直导入管在将颗粒物送入装料斗过程中充当升降机通过重力作用将所需的颗粒物给进两个轴向的压力舱内，然后再通过侧向的压力桶式装置和螺旋仓将颗粒物注入到注入塔的底部。 （3）颗粒处理系统
该系统的主要组成部分包括一个旋转滚筒环形分离器及磁性分离器。一旦颗粒物返排到地表就连同钻屑和钻井的固体颗粒被泥浆振动筛收获，再通过旋转滚筒、环形分离器和磁性分离器被输送回颗粒处理系统。分离器和磁性装置将钻屑
和钻井的固体颗粒从铁质颗粒中分离出来。经过处理的颗粒物再排到旋转滚筒内，钻屑则被运到备用泥浆池。旋转滚筒在存储颗粒物时不断翻转，防止颗粒物彼此黏连和腐蚀。再根据需要将颗粒物从旋转滚筒注入到颗粒注入系统。 四、等离子体破岩
等离子体破岩设备包括电源、控制器、水路系统、气路系统及喷嘴等,如图2所示。
利用等离子体破岩法对不规则岩块进行二次破碎,无论在国内还是国外其技术已近成熟;等离子法在坚硬岩石中穿凿炮孔较机械法速度快(约为机械法的3~4倍),而成本只有机械法的一半。前苏联科学院西伯利亚分院矿业研究所曾在花岗岩、石英岩和砂岩中进行过试验,但由于岩性的变化和岩石结构、裂隙的存在,常常出现偏斜现象。等离子体在破岩中最重要的用途是切割,因为只有岩石切割才能使传统的循环作业方式发生根本的改变,同时亦只有岩石切割才能使破岩的比能降到最小,因此,岩石切割技术目前已为许多发达国家所重视和关注。 五、电子束破岩
利用特殊的加速器产生的电子束进行岩石破碎。图3为国外现场试验采用的电子束破岩设备,产生电子束的装置一般称为电子枪,虽然各种电子枪的用途不同,但其原理都是一样的。
国内外破岩技术调研及分析
