液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用探究

丁劍鋒

中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探有限公司鉆井二公司 遼寧 盤錦 124010

1 引言

石油開采面臨的困難越來(lái)也大，對(duì)石油鉆井工藝和設(shè)備提出了更高的要求。通過(guò)對(duì)石油鉆井技術(shù)的研究分析，推動(dòng)新型石油鉆井技術(shù)設(shè)備的普遍應(yīng)用是提升高難度鉆井質(zhì)量和鉆井效率的重要途徑。

2 液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)概述

液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)主要的設(shè)備是液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)設(shè)備。在石油鉆井的過(guò)程中，通過(guò)鉆井液驅(qū)動(dòng)的沖擊旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生高頻率的沖擊力，并將瞬間的沖擊力施加給鉆頭，大大提升了鉆頭的沖擊功，使鉆頭能夠?qū)子懈鼜?qiáng)的沖擊破碎作用，提升了鉆井機(jī)械在深井中硬度高的地層中的鉆進(jìn)效率。

3 液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的具體應(yīng)用分析

液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為不同的類型，如閥式正作用沖擊器、閥式反作用沖擊器、閥式雙作用沖擊器、射流式?jīng)_擊器。其中，閥式正作用沖擊器是通過(guò)對(duì)液體施加較高的壓力，在高壓液體的作用下相沖擊錘施加液壓作用，然后利用彈簧來(lái)復(fù)位。這一類沖擊結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的，高壓流體經(jīng)過(guò)沖擊器的內(nèi)部管道向下流動(dòng)，但是需要借助彈簧來(lái)復(fù)位。因此這一類結(jié)構(gòu)的沖擊器應(yīng)用效果的優(yōu)劣在很大程度上取決于彈簧性能的優(yōu)劣。當(dāng)彈簧的質(zhì)量性能較好時(shí)，沖擊器的可靠性也較高。閥式反作用沖擊器的技術(shù)原理與閥式正作用沖擊器的技術(shù)原理的最大區(qū)別是向下的作用力是通過(guò)彈簧來(lái)施加的，通過(guò)彈簧的作用來(lái)向下沖擊，高壓流體復(fù)位。因此這一類沖擊結(jié)構(gòu)對(duì)于彈簧的要求更高，高頻率的沖擊對(duì)彈簧壽命損傷也較嚴(yán)重，這也是這一類沖擊器應(yīng)用少的一個(gè)原因。閥式雙作用沖擊器與上述兩種結(jié)構(gòu)的沖擊器在構(gòu)造上少了彈簧，主要是利用控制閥實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)方向和流動(dòng)速度的控制。高壓流體作用在沖擊錘上，沖擊錘在流體的壓力作用下上下反復(fù)運(yùn)動(dòng)。射流式?jīng)_擊器是通過(guò)射流元件來(lái)改變高壓流體的流向，這樣就可以改變沖擊錘作用的方向，從而通過(guò)口控制射流元件來(lái)控制沖擊器工作。這一類結(jié)構(gòu)的沖擊器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鉆井效率高。

液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用效果的高低與技術(shù)參數(shù)的控制關(guān)系密切。在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行控制來(lái)提升液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用效果。一是沖擊功率的設(shè)置。液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆的主要設(shè)備是沖擊器，對(duì)沖擊器的沖擊功率進(jìn)行合理設(shè)置十分關(guān)鍵。通常情況下，沖擊器的沖擊功率是根據(jù)巖石的特征確定的。技術(shù)人員根據(jù)井下巖石特征，然后確定沖擊器的沖擊規(guī)律。通常情況下，沖擊器的沖擊功率設(shè)置范圍200～600之間。如果沖擊器的沖擊功率太大，雖然可以達(dá)到更大的沖擊力，提高破巖效果，但是容易造成沖擊器使用疲勞，縮短沖擊器的使用壽命。因此在技術(shù)應(yīng)用時(shí)必須確保沖擊器鉆頭以及軸承使用負(fù)荷不超過(guò)設(shè)備設(shè)計(jì)的最大負(fù)荷值。二是沖擊器沖擊頻率的設(shè)置。通常情況下，沖擊器的沖擊頻率設(shè)置在20～30赫茲可以保證沖擊器較好的沖擊效果。三是沖擊旋轉(zhuǎn)鉆的壓力設(shè)置。旋轉(zhuǎn)鉆壓力的高低直接與鉆井效率高低有關(guān)。因此適當(dāng)調(diào)高鉆壓可以提升鉆井效率。但是鉆壓過(guò)高會(huì)對(duì)鉆具使用壽命帶來(lái)不利影響，因此在鉆壓的設(shè)置環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮鉆井成本和鉆井效率，設(shè)置一個(gè)合理鉆壓。一般液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆壓數(shù)值為常規(guī)鉆井設(shè)計(jì)鉆壓的三分之二大小。

目前，液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的應(yīng)用還沒(méi)有得到普及。對(duì)技術(shù)應(yīng)用普及造成不利影響的因素有很多方面，也是液動(dòng)沖擊鉆井技術(shù)需要優(yōu)化改進(jìn)的方向。具體包括以下方面：一是沖擊器本身的質(zhì)量問(wèn)題。由于液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆主要設(shè)備是沖擊器，在鉆層很大的作用力下，必須確保沖擊器的鉆具有同樣的或更高的作用力。在液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用中，經(jīng)常出現(xiàn)沖擊器質(zhì)量不合格的情況，使用壽命很短，難以滿足鉆井施工需求，增加了施工成本。因此沖擊器的質(zhì)量要求必須達(dá)到施工工藝的要求。二是沖擊器的鉆頭類型少的問(wèn)題。由于地下巖層的特征不同，采用單一的沖擊器鉆頭類型難以適應(yīng)復(fù)雜的巖石層面。鉆頭的規(guī)格型號(hào)較少，難以滿足不同地下巖層鉆井需求。目前，對(duì)高硬度的巖層環(huán)境，鉆井效率較高的鉆頭材質(zhì)是合金材質(zhì)，常用的型號(hào)是牙輪鉆頭。這種鉆頭與液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)設(shè)備的可以配套使用，是應(yīng)用越來(lái)越普遍的一種鉆頭類型。但是在硬度較低的巖層環(huán)境中，上述鉆頭的應(yīng)用效率反而不理想，鉆頭類型少影響了沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的適用性，降低了適用范圍。

4 液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)發(fā)展方向

結(jié)合現(xiàn)階段液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的應(yīng)用情況，未來(lái)，液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)將圍繞以下方面發(fā)展。一是沖擊器的設(shè)計(jì)技術(shù)。沖擊器是液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井的關(guān)鍵設(shè)備，其性能效用水平高低在很大程度上決定著液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井效率的高低。為了獲得更高的應(yīng)用效能，沖擊器的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)將更加科學(xué)化精細(xì)化，如越來(lái)越多的數(shù)學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?yīng)用在沖擊器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)沖擊器的功率參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升沖擊器的工作效率。二是沖擊器類型多樣化發(fā)展，與地下巖層多樣化情況相配套。根據(jù)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的原理，積累更多地下巖層數(shù)據(jù)，為沖擊器類型多樣化研究提供理論依據(jù)，結(jié)合數(shù)學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停岣邲_擊器類型與不用巖層情況的匹配度，使鉆井工作能夠根據(jù)地下巖層實(shí)際情況選擇適宜的沖擊器，降低鉆井成本，保障鉆井效率。

5 結(jié)語(yǔ)

深井和高難度井的開采難度大，采用常規(guī)的鉆井設(shè)備具有鉆頭破巖效率低，機(jī)械轉(zhuǎn)速慢的問(wèn)題。通過(guò)采用液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，有效提升鉆頭破巖效率，鉆頭的使用壽命更長(zhǎng)，而且鉆井效率更高，在提升深井高難度井的開采效率方面發(fā)揮重要的作用。未來(lái)隨著該技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)，其在石油鉆井中的應(yīng)用將有更大的空間。