石油鉆井中旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用探討

潘冬興(中國石化集團國際石油工程有限公司， 北京 100020)

石油鉆井中旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用探討

潘冬興(中國石化集團國際石油工程有限公司， 北京 100020)

作為當(dāng)前石油鉆井領(lǐng)域頗為關(guān)注的熱點課題，旋沖鉆井技術(shù)可以有效實現(xiàn)深井硬地層快速鉆進，文章介紹了旋沖鉆井技術(shù)的工作原理，對液動和氣動兩種沖擊器在石油鉆井領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢進行列舉，并結(jié)合國內(nèi)旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了其技術(shù)優(yōu)勢，并指明了旋沖鉆井技術(shù)可能的發(fā)展方向。

液動旋沖鉆井;氣動旋沖鉆井;沖擊器;應(yīng)用

1 旋沖鉆井技術(shù)基本原理

在常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上，在鉆頭的頂端位置裝設(shè)沖擊器，通過高壓氣體(也有用鉆井液的)的帶動，生成高頻率沖擊力，不斷向沖擊器施加壓力進而傳遞給前端鉆頭，通過這一過程便保證了旋轉(zhuǎn)同時沖擊鉆進的實現(xiàn)[1]，與傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)比較而言，這種旋轉(zhuǎn)與沖擊鉆進同時進行的技術(shù)可以有效實現(xiàn)堅硬巖石開挖環(huán)境的鉆進，即在鉆進過程中逐漸向鉆頭施加由小到大的壓力，并持續(xù)鉆進，極大克服了傳統(tǒng)鉆井技術(shù)所存在的問題，此外還具有工作效率高、成本低、鉆頭磨損小等優(yōu)點。

2 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

旋沖鉆井所具有的碎巖機理及鮮明的技術(shù)優(yōu)勢使得該技術(shù)誕生后，很快廣泛應(yīng)用于礦山、采石、地質(zhì)勘探、石油鉆井、油氣田勘探等方面。作為旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的核心設(shè)備，沖擊器這一井下動力工具的性能直接決定旋沖鉆井的效果，沖擊器主要包括液動、氣動、電動、氣液混合沖擊器和機械作用式?jīng)_擊器等類型，其中液動和氣動兩種沖擊器在石油鉆井領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛[2]。

2.1 液動旋沖鉆井技術(shù)

該技術(shù)所采用的液動沖擊器借助高壓水或鉆井液為動力介質(zhì)，成為液動旋沖鉆井最核心的井下動力鉆具，由上世紀初期俄國工程師率先設(shè)計。在過去，液動沖擊器由于具有單次沖擊功率低、沖擊頻率高、鉆井深度小等弊端，并為廣泛應(yīng)用于深井石油鉆井實踐。近幾年來，油氣田鉆井逐漸向縱深部發(fā)展，液動沖擊器在解決硬地層鉆進效率低、鉆頭壽命短等問題方面日漸突顯出優(yōu)勢性能[2]。

2.2 氣動旋沖鉆井技術(shù)

二十世紀四十年代氣動沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)開始應(yīng)用于采礦工業(yè)領(lǐng)域，該技術(shù)可以克服車裝鉆機所采用牙輪鉆頭鉆進硬巖層過程中很難滿足鉆進所需的壓力要求的難題，而利用壓縮空氣作為動力介質(zhì)。與液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進相比，氣動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進介質(zhì)密度小，氣柱靜壓力小，巖石更容易破碎，鉆進效率約為液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進的3～5倍，除可以利用純粹的壓縮空氣作為介質(zhì)外，還可以利用不同配合比的氣液混合介質(zhì)。

該技術(shù)受空氣鉆井技術(shù)發(fā)展的限制而在國內(nèi)石油鉆井領(lǐng)域發(fā)展緩慢，空氣鉆進技術(shù)復(fù)雜，所使用設(shè)備配置高、投資大，在過去發(fā)展較為滯后，近年來氣動旋沖技術(shù)開始廣泛受到國內(nèi)各大高校及研究院所的關(guān)注，并開始普遍運用于各大油田。

2004年吐哈油田在玉門油區(qū)，成功運用空氣鉆井、霧化鉆井等五項國內(nèi)氣動旋沖鉆井技術(shù)鉆出第一口工程探索井，開創(chuàng)了單井符合空氣鉆井的國內(nèi)記錄。接著四川石油管理局利用空氣鉆井技術(shù)，實現(xiàn)了2570.15m深井的氣動旋沖鉆井，開創(chuàng)了最新的國內(nèi)氣動旋沖鉆井的井深記錄。同年，大港油田所承鉆的首口大慶油田空氣鉆井試驗成功后，便再次成功承鉆新疆油田兩口空氣鉆井，收效甚好。結(jié)果表明，氣動選沖鉆井技術(shù)除了能保證空氣鉆技術(shù)的有效應(yīng)用，并保證鉆進效率的成倍提高和鉆采成本成倍降低之外，還能大大縮短鉆井周期，這種先進的鉆進技術(shù)尤其適用于硬地層油氣田的開發(fā)與鉆探[3]。

3 鉆井技術(shù)的發(fā)展前景

綜上所述，旋沖鉆井技術(shù)在油氣田開發(fā)領(lǐng)域擁有遠大的發(fā)展和應(yīng)用前景，地層巖性硬度高、可鉆性差的現(xiàn)象較為普遍，旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)可以徹底改善傳統(tǒng)技術(shù)低效率的破巖方式，通過全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計與科學(xué)原理的指導(dǎo)運用，可以有效實現(xiàn)鉆探旋轉(zhuǎn)和鉆進兩個過程的同時進行，鉆井效率和鉆進速度明顯改善。但是當(dāng)前鉆井實踐中，受油田企業(yè)資金實力和勞動生產(chǎn)率等因素的制約，其技術(shù)水平落后，尚未掌握鉆采領(lǐng)域的核心技術(shù)，缺乏強有力的科學(xué)理論指導(dǎo)，先進技術(shù)方面科研水平低下等普遍存在，在旋沖鉆井技術(shù)方面應(yīng)重點做好以下工作。

4 結(jié)語

為滿足不同地層條件的鉆探要求，加強鉆井工藝多樣化及多工藝綜合技術(shù)的理論與實踐研究；沖擊器是鉆井工藝技術(shù)的核心，故應(yīng)將沖擊器這個鉆井技術(shù)的核心部件作為研究的重中之重，保證其能夠適應(yīng)不同的鉆井需要，除了重點研究沖擊器外，與沖擊器相配套的鉆頭等也必須盡快納入研究之列；按照外形，研究開發(fā)出能夠真正適應(yīng)我國各大油田開發(fā)實際的鉆頭和沖擊器；拓展沖擊器適用范圍，使其進一步應(yīng)用并適用于直井、定向井和大位移井等的鉆探，并做好與之相配套的鉆井泵、空壓機、除砂器等配套設(shè)備的研發(fā)、改進與升級，利用先進的科學(xué)理論指導(dǎo)沖擊器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計。

[1]葉爾沙得可·沙德爾.旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].石化技術(shù),2016,23(04):266.

[2]鄧元洲,羅園,宋軍正.旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].化工管理,2016,(11):116.

[3]張凱.淺談旋沖鉆井技術(shù)在Tamsag油田應(yīng)用的可行性[J].中國石油和化工,2013,(09):54-56.