沖擊回轉鉆進在石油鉆井中的應用探討

李寧波 馬寅 郭浩冉

摘要：在經濟及社會繁榮發展的進程中，我國工業的水平也不斷地提升，工業發展的過程中，對石油的需求量是非常大的，由此一來，推動了石油鉆井工程的發展。石油鉆井工程中應用了沖擊回轉鉆進技術，顯著的提升了鉆井的效率和質量，因此在石油鉆井中得到了廣泛的應用。本文在介紹沖擊回轉鉆進概念的基礎上，闡述了石油鉆井中沖擊回鉆進的應用。

關鍵詞：沖擊回轉鉆進;石油鉆井;應用

1.沖擊回轉鉆進

沖擊回轉鉆進主要指通過對專門沖擊器以及鉆機回轉器的利用，使得鉆頭得以驅動，并對孔底巖石進行破碎的一種鉆進方式。從特點上看，沖擊回轉鉆進特點主要有：

1）鉆進開展的效率較高，尤其對于巖石較堅硬的來說，其所展現的鉆進效果更加顯著。相比較回轉鉆進，其鉆進效率要高于幾十倍。2）鉆頭使用壽命較長。在工作過程中，鉆頭所承受的磨損性得到降低，進而對鉆頭壽命進行延長。3）鉆孔偏斜等問題得到改善，使得鉆孔質量得到提升。沖擊回轉鉆進有兩種：液動沖擊器、氣動沖擊器。液動沖擊器從十九世紀六十年代研發，在隨后發展時期內，液動沖擊器種類得到增加，并在石油鉆井中得到廣泛使用。氣動沖擊器從上世紀開始研究，研制成功后，也在實際生產中得到較為廣泛的應用。在之后的發展中，氣動回轉鉆進在理論以及技術上都得到相當快速的發展。

2.沖擊回轉鉆進的發展現狀

沖擊回轉鉆進技術目前在石油鉆井中已應用，在加拿大油田鉆井中所達到的鉆進速度及鉆頭進尺比純旋轉鉆進提高數倍，在西德克薩斯，用沖擊器同三牙輪鉆頭純旋轉鉆進在堅硬的石英巖層鉆進比較提高鉆速1倍，貝殼公司在加拿大用沖擊回轉鉆進方法在花崗巖中鉆進與純旋轉鉆井相比，機械鉆速提高了200%。在國內，一些單位也正在積極研究適應惡劣的井下條件下的石油鉆井沖擊器。已研究應用的結果表明，采用沖擊回轉鉆進技術，進行石油鉆井可大大提高鉆井效率，降低鉆井成本。如我國某油田采用沖擊回轉鉆進技術在8口井試驗，機械鉆速提高了30%左右，地礦部石油鉆并研究所已在這方面進行了大量工作。我國最早自行設計了石油鉆井用的液力沖擊器并獲得專利，試驗表明，機械鉆速在硬地層提高30%，在軟地層提高21%。近幾年的實踐進一步證明了沖擊回轉鉆井技術應用于石油鉆井的可行、可靠性。

3.沖擊回轉鉆進的應用

3.1提高鉆進速度

在鉆頭上接沖擊器，使鉆頭增加周期性沖擊載荷，巖石破碎力學表明巖石的動硬度要比靜硬度低很多，沖擊載荷下比載荷大于巖石的靜壓入強度。沖擊載荷明顯特征是作用時間短，巖石中的接觸應力瞬間可達最大值，巖石不易產生塑性變形，表現為脆性增加。不斷地對巖石施加沖擊載荷，迫使巖石內部分子產生振蕩，激起綜合應力，加速對巖石產生應力集中，瞬時作用的載荷和應力集中特性，使巖石裂隙擴張，巖石破碎效果增加，提高鉆進速度.

3.2降低鉆進成本

在普通鉆進法中，破碎巖石主要靠鉆壓，鉆壓在很大程度上影響鉆頭軸承壽命和牙輪壽命，軸承壽命與鉆壓的立方成反比，在硬地層加大鉆壓導致縮短鉆頭壽命。沖擊旋轉鉆進，鉆壓是次要的，只起到鉆頭壓持作用，鉆頭仍受沖擊，但沖擊頻率很高，沖程很短，這種沖擊和跳鉆是根本不同的，跳鉆是整個鉆柱跳動，鉆頭承受整個鉆柱重量沖擊，且單次作用時間長。輕鉆壓加短暫的錘擊作用與大鉆壓低頻率沖擊破碎作用，實踐已經證明，前者鉆頭磨損較慢，鉆頭壽命增加，破碎效率高。

3.3提高井身質且，減少鉆具損壞

在深井或硬地層，普通鉆進法加大鉆壓，或提高轉盤轉數，這種方法將導致鉆頭壽命縮短，而且容易產生井斜。轉盤的轉數受著鉆壓限制，巖石變形受到抑制，達不到巖石完全破碎的效果，若想達到較好的破碎效果，就必須增大比載荷，而比載荷又受到鉆頭允許鉆壓限制，在深井硬地層井段不得不輕壓慢轉，機械鉆速不高。沖擊回轉鉆進工藝，可以解決比載荷不足和與巖石接觸時間短的矛盾，可以使用低鉆壓獲得較好的鉆速，低鉆壓減少鉆柱多次彎曲，避免大鉆壓產生的井斜和鉆住磨損及疲勞損壞。

3.4消除巖屑壓持效應，改善噴射鉆進效果

沖擊器在結構上可以將現在的連續射流經過一定的調節、聚能，把能量集中起來使用，使現在的連續射流變成高壓脈沖射流，形成脈沖高速運動水團，這種水力動能產生很大的沖擊載荷，沖擊力和水馬力增加很多，射流動壓力也將大大提高，比相同條件下連續射流的動能大許多倍，高壓脈沖運動的水團反復的、突發的沖擊巖石墊層和底層，使井底干凈，提高鉆進效率。

3.5現代石油鉆井設備和鉆具可以滿足沖擊旋轉鉆進工藝要求

石油鉆井較深，鉆具長，鉆柱的內徑與井壁比值較大，長鉆具有儲能緩沖作用，水擊壓力對地面設備影響極微，鉆具的杭內壓強度和工具接頭牢靠的密封。石油鉆井泥漿泵有較大的功率，不存在泵功率不足的問題，完全可以滿足沖擊回轉鉆井的要求。試驗證明，水擊壓力不致于對鉆具產生破壞作用，沒有發現鉆具和設備損壞現象。

4.結語

通過沖擊回轉鉆進的應用，石油鉆井所具備的鉆井速度顯著的提升，而且鉆井效率、質量等也得到了顯著的增強，促進了石油鉆井的快速發展?，F今，沖擊回轉鉆進還發展的不完善，我國還需要加大研究的力度，促進此種方法在石油鉆井中的進一步應用，并拓寬其應用范圍。

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