石油鉆井中旋沖鉆井技術的應用探討

張志遠

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶163411）

石油勘探中石油鉆井是其中的重要組成部分，石油開采的質量和效率都與石油鉆井技術有著密切的關系。我國石油鉆井技術在最近的幾年中得到了飛速的發(fā)展，但是在深井的開采過程中還存在著一定的問題，深井的底層比較堅硬，傳統(tǒng)鉆井技術很難進行鉆進，旋沖鉆井技術的應用，很好地解決了深井底層堅硬的問題，促進了深井鉆井技術的長遠發(fā)展。旋沖鉆井技術可以分為氣動旋沖鉆井技術與液動旋沖鉆井技術兩種類型，在實際的鉆井過程中，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況選擇最佳的旋沖鉆井技術。

1 旋沖鉆井技術的應用現(xiàn)狀

旋沖鉆井技術是在碎巖機理的基礎上發(fā)展而來的，隨著旋沖鉆井技術研究力度的不斷加大，目前在我國的各個領域中都有所應用，例如地質勘探、石油鉆井、礦石開采等。旋沖鉆井技術是目前比較先進的一種核心技術，其中關鍵的零部件就是沖擊器，直接影響旋沖鉆井的效果。我國市場上沖擊類的類型主要為氣動、液壓、電動等，其中石油鉆井過程中應用比較廣泛的為氣動與液壓兩種。

1.1 液動旋沖鉆井技術

液動沖擊器是液動旋沖鉆井技術中的關鍵部件，高壓水或者鉆井液是其主要的動力來源，液動旋沖鉆井機中井下動力鉆具是其中重要的組成部分。液動旋沖鉆井技術是一位俄國科學家在20世紀初期研究成功的，液動沖擊器的單次沖擊功率因為當時技術水平的限制，頻率較高，鉆井的深度也比較淺，不能滿足深井石油鉆井的需求。我國在最近的幾年中對鉆井技術的研究取得了很大的進步，科技水平不斷的提升，有效地解決了鉆頭使用壽命短、硬質地層鉆進效率低等問題，液動沖擊器的應用效果越來越顯著。

1.2 氣動旋沖鉆井技術

動旋沖技術在20世紀40年代采礦行業(yè)中應用比較廣泛，該技術主要將壓縮空氣作為氣動旋沖鉆井的動力源，利用壓縮空氣對車裝鉆機工作過程中壓力不足的問題進行解決。氣動沖擊旋轉技術與液動沖擊旋轉技術相比較，有著氣柱靜壓力小、介質密度小、巖石更加易碎、鉆進效率高等優(yōu)勢，氣動旋沖鉆井技術通常效果為液動沖擊旋轉鉆進的3～5倍。

2 旋沖鉆井技術工作原理以及應用特點

2.1 工作原理

旋沖鉆井技術是在傳統(tǒng)鉆井技術的基礎上發(fā)展和創(chuàng)新的，旋沖鉆井技術比傳統(tǒng)鉆井技術有著更好的沖擊力，旋沖鉆井技術利用沖擊器的活塞運動撞擊鉆頭，實現(xiàn)鉆頭沖擊力、鉆沖效率的提升。

2.2 應用特點

（1）鉆頭在沖擊器的作用下實現(xiàn)對巖石的沖壓，鉆頭的旋轉運動可以實現(xiàn)巖石的順利破碎。針對一些比較堅硬的巖石，破碎的難度比較大，通常可以采取體積破碎法，有效地對沖鉆效率進一步提升，還能降低鉆頭的損耗，控制鉆井施工成本。

（2）高頻沖擊破碎法在旋沖鉆進過程中的應用，有著耗時少、效率高的特點，在巖石破損的瞬間避免其發(fā)生巖性變化。同時高頻沖擊破碎法鉆頭的穩(wěn)定性較高，鉆進過程中鉆頭不會發(fā)生偏斜力矩的情況，井眼軌跡比較規(guī)則，鉆井質量得到保障。

（3）高頻沖擊破碎方式在旋沖鉆井技術中能夠降低鉆頭的磨損程度，延長鉆頭的使用壽命。同時我們需要高度重視鉆壓和轉速在鉆井過程中的合理控制，實時對受力情況進行檢測，保障鉆進質量和鉆進效率。

3 旋沖鉆井技術的應用

3.1 旋沖鉆井技術的應用

傳統(tǒng)的小直徑?jīng)_擊器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代石油鉆井的需要，因此在鉆井使用的目前廣泛的應用大直徑的沖擊器，已經(jīng)呈現(xiàn)出多工藝化的發(fā)展趨勢。沖擊器在使用中的主要功能就是將地層中堅硬的巖石擊碎，尤其要注意的就是一旦井深超過3000m，在鉆進施工作業(yè)過程中要高度重視沖擊器的使用方式，延長沖擊器的使用壽命，提高我國石油井深的開采質量和開采效率。同時我們還要根據(jù)鉆進的實際情況，選擇與鉆頭配套的技術，根據(jù)鉆井實際環(huán)境選擇技術含量高、適應強的鉆頭，保障鉆進的速率。對沖擊器的應用范圍適當?shù)剡M行擴大，不僅能夠在直井鉆井中滿足使用需求，還要在定向井鉆井中滿足使用需求。同時對沖擊器的適應性進一步提升，在信息化高度發(fā)展的今天，在旋沖鉆井技術中不斷地應用計算機技術，實現(xiàn)各種參數(shù)的計算處理，了解和熟悉沖擊器的操作流程，根據(jù)實際的情況科學合理的調(diào)整沖擊器的各項參數(shù)，保障沖擊器利用率的最大化。

3.2 旋沖鉆井技術的具體應用

氣動旋沖鉆井技術的主要應用原理就是利用高壓氣體實現(xiàn)旋沖鉆井，氣動旋沖鉆井技術在我國的石油鉆井施工中應用比較廣泛。根據(jù)配氣方式的不同，氣動旋沖鉆井技術可以分為有閥式氣動旋沖鉆井和無閥式氣動旋沖鉆井。有閥式氣動旋沖鉆井技術主要是通過高壓氣體進行合理的調(diào)整與控制；無閥式氣動旋沖鉆井技術主要是通過缸體與側壁之間的往復活塞運行實現(xiàn)控制與調(diào)節(jié)。高壓氣體因為其整體密度較小，通常情況下產(chǎn)生的氣柱壓力很容易造成巖石的破碎，如果井底沒有其他雜物比較干凈，巖石碎屑在風速較高時會連續(xù)破碎。氣動旋沖鉆井技術的效率比較高，缺點就是操作流程比較復雜，投資成本比較高。我國的氣動旋沖技術與國外發(fā)達國家相比較，還存在一定的差距，我國的氣動旋沖鉆井技術需要不斷的研究和創(chuàng)新，在未來的石油鉆井施工過程中有著巨大潛力和價值。

4 旋沖鉆進技術在石油鉆井中的未來展望

我國科學技術水平和社會經(jīng)濟在最近的幾年中不斷的發(fā)展進步，旋沖鉆井技術也取得了一定的成績，沖擊器在各個領域中得到了廣泛的應用，技術越來越成熟，并向著系列化、多工藝化的方向發(fā)展。堅硬巖石的鉆進一直是石油鉆井施工中的難題，針對參數(shù)3000m的沖擊產(chǎn)品，想要提高其運行的穩(wěn)定性，就要加大單次沖擊功率，才能延長沖擊器的使用壽命，滿足目前現(xiàn)代化石油鉆井深度勘探需求，為石油勘探工作奠定堅實的基礎。相關工作人員在對旋沖鉆井技術的研究過程中，還要根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境和實際情況選擇合適的鉆頭，保障鉆頭的使用率，對旋沖鉆井技術的應用范圍進一步擴大，提高其鉆井的寬度與廣度，實現(xiàn)石油鉆井效率的提升。

5 結語

經(jīng)過以上的研究和分析，我國社會主義市場經(jīng)濟在最近的幾年中不斷的發(fā)展，造成石油資源的需求量越來越大，所以石油開采效率的提升是十分重要的，有效地降低我國對外來石油資源的依賴性，加強我國在世界舞臺的競爭力。旋沖鉆井技術在石油鉆井施工中的應用，提高了我國石油的開采質量和開采效率，也保障了石油開采期間的安全、穩(wěn)定，是促進我國石油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術手段。