旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)在石油中的應(yīng)用分析

步文洋

摘要：隨著我們國家工業(yè)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，國家對于石油需求的質(zhì)與量都不斷提高。為給石油鉆井工程提供良好的技術(shù)支持，我國對石油鉆井技術(shù)的研究不斷深入，旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，正在不斷被應(yīng)用與改進(jìn)。文章主要從概念、特點(diǎn)、原理、應(yīng)用及發(fā)展前景幾個方面對旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)進(jìn)行概述、分析及探討。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井;石油鉆井;應(yīng)用策略;發(fā)展思路

引言：石油鉆井技術(shù)在石油開采中的應(yīng)用，能夠提高開采的質(zhì)量和效率、提高開采的安全性、提升勘探的準(zhǔn)確度，能夠?yàn)槭烷_采單位帶來更多經(jīng)濟(jì)效益。旋沖鉆井技術(shù)通常用于開采深層石油，當(dāng)石油位于較為堅(jiān)硬的地層中時，傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)不能進(jìn)行有效地開采，這對石油資源的開采利用造成了非常大的障礙。若勉強(qiáng)開采的話，不僅威脅工作人員的安全，而且開采的效率也非常低，會嚴(yán)重降低了石油開采的經(jīng)濟(jì)效益。而旋沖鉆井技術(shù)比傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)更大的沖擊力，能夠深入到地下，是解決深層石油開采問題的有效技術(shù)。

1 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)內(nèi)涵

1.1旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)應(yīng)用原理

石油鉆井是石油勘探中不可缺少的一環(huán)，石油鉆井的質(zhì)量對后期的石油開采以及開采出來的石油質(zhì)量都有著直接影響。這些年里，我國在石油鉆井中的技術(shù)投入不斷擴(kuò)大，石油開發(fā)領(lǐng)域也取得了很大的進(jìn)展，但深井開采依然還存在不小的問題，深井中堅(jiān)硬底層難以鉆進(jìn)還在阻礙著深井開采發(fā)展的腳步。目前可以廣泛應(yīng)用的技術(shù)中，旋沖鉆井技術(shù)是一種針對深井硬地層較為理想的石油鉆井技術(shù)[1]。沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的工作原理是通過基于在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆井作業(yè)條件下，合理利用先進(jìn)的沖擊器進(jìn)行科學(xué)高效鉆井。與傳統(tǒng)鉆井技術(shù)相比較，沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對硬度更大巖層的有效持續(xù)鉆井工作目標(biāo)。沖擊器實(shí)施作業(yè)位置通常位于巖心管的上端，亦或者是石油井底的上端，沖擊器主要是依賴于高壓氣體和鉆井液的推動而發(fā)生運(yùn)動。當(dāng)鉆井過程中沖擊器有效撞擊到鉆頭，那么它的沖擊動載和靜壓旋轉(zhuǎn)就會一起發(fā)生作用，實(shí)現(xiàn)對高硬度巖石的擊碎工作任務(wù)。沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油鉆井工作中的應(yīng)用，不僅可以通過展開大體積的破碎作業(yè)，最大化提升對高硬度巖石的破碎效率，還可以持續(xù)擴(kuò)大巖石裂縫。

1.2旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)應(yīng)用主要優(yōu)勢

沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油鉆井工作中的應(yīng)用優(yōu)勢特點(diǎn)主要包括了以下幾方面內(nèi)容：①與傳統(tǒng)鉆井技術(shù)相比較。沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)并不是研磨破碎方式，而是一種體積破碎的鉆井過程，這樣能夠全面提升鉆井效率，確保在規(guī)定時間內(nèi)完成鉆井工作任務(wù);②沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)能夠有效降低鉆頭在鉆井過程的磨損程度，延長鉆頭的壽命使用時間，為石油企業(yè)節(jié)省更多的資金成本，創(chuàng)造出更多經(jīng)濟(jì)效益;③沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用具有較高的巖石沖擊破碎運(yùn)動頻率，這樣一來能夠確保鉆頭不會輕易發(fā)生磨損現(xiàn)象，并有效形成高質(zhì)量、有規(guī)則的鉆井眼;④鉆頭的沖擊和旋轉(zhuǎn)切削作業(yè)是共同作用在巖石上的，能夠提高巖石破碎質(zhì)量和效率，加快鉆井施工進(jìn)度;⑤由于鉆探過程產(chǎn)生的實(shí)際鉆壓和鉆速相對較低，從而促使鉆柱受力能夠保持良好的均勻性[2]。

2 旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)在石油中的具體應(yīng)用及效果分析

2.1旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)的應(yīng)用

此種鉆井技術(shù)主要是對沖擊器的氣動性能進(jìn)行利用，通常在采礦工業(yè)中比較常用，而且沖擊器也主要分為有閥和無閥2種，前者就是通過配氣機(jī)構(gòu)的閥片來對上下運(yùn)動的壓縮空氣進(jìn)行控制，后者則相反。此種技術(shù)應(yīng)用中由于所用介質(zhì)的密度較低因此具有較高的鉆井效率，而且在鑿巖器械設(shè)計(jì)中比較常用。早期的風(fēng)動鑿巖機(jī)主要是以壓縮空氣為動力介質(zhì)，可以鉆進(jìn)深度為1700m以上的井眼。 ?期刊文章分類查詢，盡在期刊圖書館 隨著氣動旋轉(zhuǎn)沖擊鉆機(jī)技術(shù)的發(fā)展，沖擊器的類型也發(fā)展到幾十種，而且在空壓機(jī)以及配套鉆機(jī)和附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中逐漸被應(yīng)用，此鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)展到采石場、滑坡防護(hù)以及鉆鑿水井和石油鉆井等工程中[3]。二是滾動旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)。此技術(shù)主要采用的沖擊器為液動沖擊器，就是利用鉆井液為動力介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)對滲控硬地層的鉆進(jìn)。沖擊器主要分為水力以及高壓油2種，此種沖擊器的主要優(yōu)點(diǎn)就是具有較低的燃料能耗和較高的能量利用效率，可以在較少的設(shè)備投入來滿足石油鉆井的要求。目前比較常用的就是射吸式?jīng)_擊器、射流式?jīng)_擊器等，而且閥式液力沖擊器的類型比較多，此技術(shù)應(yīng)用中最大的優(yōu)點(diǎn)就是具有較少的運(yùn)動部件，因此不會受到井深以及圍壓的影響，可以根據(jù)所采用的鉆井工藝以及井深的不同來對具體參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)全面的體積碎巖。

2.2旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)應(yīng)用效果

以DGSC型液動射流沖擊器在石油鉆井中的應(yīng)用為例，不僅提高了30%的機(jī)械鉆速，而且所用元件的壽命也延長到了150h以上，達(dá)到的效果有以下幾點(diǎn)：一是提高了巖石破碎的效果。這主要是由于在鉆頭上進(jìn)行沖擊器的連接實(shí)現(xiàn)了周期性沖擊載荷的增加和接觸時間的縮短，提高了接觸應(yīng)力。通過沖擊荷載增多時產(chǎn)生的振動使得應(yīng)急集中，提高了巖石的破碎效果。二是鉆井過程中的鉆壓比較小，而且沖擊頻率比較高，降低了鉆頭的磨損，延長其使用壽命。三是此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對鉆頭鉆壓限制比荷載的允許，確保巖石破碎效果達(dá)到理想狀態(tài)，提升鉆井井深的質(zhì)量。四是在對鉆井進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)的過程中可以通過射流方式來進(jìn)行調(diào)節(jié)和聚集，通過高速運(yùn)行水團(tuán)的形成來確保井底的清潔程度。五是可以滿足石油鉆井中進(jìn)行較深鉆井深度以及較長鉆距的工業(yè)要求，并且還具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度和較為牢固的接頭密封性。

3 旋轉(zhuǎn)鉆井沖擊技術(shù)在石油鉆井中的發(fā)展趨勢研究

目前旋沖鉆井技術(shù)在實(shí)際使用進(jìn)程中仍然存在許多問題，需要持續(xù)不斷的創(chuàng)新旋沖鉆井技術(shù)，才能作為各個地域的石油鉆井更好的技術(shù)支撐。旋沖鉆井技術(shù)的發(fā)展方向可主要概括為：其一是對對沖擊器的改進(jìn)[4]。當(dāng)前，我們需要加大對沖擊器的研究，擴(kuò)大其性能參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍，并根據(jù)沖擊器的外觀尺寸以及沖擊功率大小、適應(yīng)井段深度范圍將其系列化，以提高沖擊器的破巖效率和使用壽命，逐步攻克超深井硬巖鉆井難題，同時研究適用于定位井、大位移井的沖擊器，進(jìn)一步擴(kuò)大旋沖鉆井技術(shù)的適用范圍;其二是對沖擊器的配套鉆井泵、空壓機(jī)、鉆頭等裝置的改進(jìn)。例如，采用新技術(shù)、使用新材料研發(fā)出更加合理的、具備更高科技含量的旋沖鉆井鉆頭，來進(jìn)一步提升工作效率;其三是引入計(jì)算機(jī)模擬仿真系統(tǒng)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)模擬沖擊器各個參數(shù)，了解沖擊器的工作規(guī)律，根據(jù)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以及信息進(jìn)行調(diào)整，使沖擊器的機(jī)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化、科學(xué)化，提升旋沖鉆井技術(shù)的工作效果[5]。

結(jié)束語：在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的形勢下，對石油等資源的需求量也在不斷增加，因而也推動了石油鉆井工程的快速發(fā)展。而且目前激烈的石油市場競爭也對鉆井效率和質(zhì)量提出了較高的要求，推動石油鉆井相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新。目前旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)在石油鉆井工程的應(yīng)用較為廣泛，而且對于提高石油鉆井公司的鉆井效率和質(zhì)量具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋文.旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)在石油中的應(yīng)用分析[J].粘接，2021，46（04）：138-141+165.

[2]韓飛龍.石油鉆井中旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)運(yùn)用研究[J].石化技術(shù)，2019，26（04）：76+75.

[3]杜坤.沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（04）：193-194.