石油鉆井中旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用探討

張志遠(yuǎn)

（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(kāi)采的質(zhì)量和效率都與石油鉆井技術(shù)有著密切的關(guān)系。我國(guó)石油鉆井技術(shù)在最近的幾年中得到了飛速的發(fā)展，但是在深井的開(kāi)采過(guò)程中還存在著一定的問(wèn)題，深井的底層比較堅(jiān)硬，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)很難進(jìn)行鉆進(jìn)，旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用，很好地解決了深井底層堅(jiān)硬的問(wèn)題，促進(jìn)了深井鉆井技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。旋沖鉆井技術(shù)可以分為氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)與液動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)兩種類(lèi)型，在實(shí)際的鉆井過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇最佳的旋沖鉆井技術(shù)。

1 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

旋沖鉆井技術(shù)是在碎巖機(jī)理的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，隨著旋沖鉆井技術(shù)研究力度的不斷加大，目前在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域中都有所應(yīng)用，例如地質(zhì)勘探、石油鉆井、礦石開(kāi)采等。旋沖鉆井技術(shù)是目前比較先進(jìn)的一種核心技術(shù)，其中關(guān)鍵的零部件就是沖擊器，直接影響旋沖鉆井的效果。我國(guó)市場(chǎng)上沖擊類(lèi)的類(lèi)型主要為氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等，其中石油鉆井過(guò)程中應(yīng)用比較廣泛的為氣動(dòng)與液壓兩種。

1.1 液動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)

液動(dòng)沖擊器是液動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)中的關(guān)鍵部件，高壓水或者鉆井液是其主要的動(dòng)力來(lái)源，液動(dòng)旋沖鉆井機(jī)中井下動(dòng)力鉆具是其中重要的組成部分。液動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)是一位俄國(guó)科學(xué)家在20世紀(jì)初期研究成功的，液動(dòng)沖擊器的單次沖擊功率因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)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(guó)在最近的幾年中對(duì)鉆井技術(shù)的研究取得了很大的進(jìn)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(zhì)地層鉆進(jìn)效率低等問(wèn)題，液動(dòng)沖擊器的應(yīng)用效果越來(lái)越顯著。

1.2 氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)

動(dòng)旋沖技術(shù)在20世紀(jì)40年代采礦行業(yè)中應(yīng)用比較廣泛，該技術(shù)主要將壓縮空氣作為氣動(dòng)旋沖鉆井的動(dòng)力源，利用壓縮空氣對(duì)車(chē)裝鉆機(jī)工作過(guò)程中壓力不足的問(wèn)題進(jìn)行解決。氣動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)與液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)相比較，有著氣柱靜壓力小、介質(zhì)密度小、巖石更加易碎、鉆進(jìn)效率高等優(yōu)勢(shì)，氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)通常效果為液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的3～5倍。

2 旋沖鉆井技術(shù)工作原理以及應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 工作原理

旋沖鉆井技術(shù)是在傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展和創(chuàng)新的，旋沖鉆井技術(shù)比傳統(tǒng)鉆井技術(shù)有著更好的沖擊力，旋沖鉆井技術(shù)利用沖擊器的活塞運(yùn)動(dòng)撞擊鉆頭，實(shí)現(xiàn)鉆頭沖擊力、鉆沖效率的提升。

2.2 應(yīng)用特點(diǎn)

（1）鉆頭在沖擊器的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石的沖壓，鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)巖石的順利破碎。針對(duì)一些比較堅(jiān)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(duì)沖鉆效率進(jìn)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(jìn)過(guò)程中的應(yīng)用，有著耗時(shí)少、效率高的特點(diǎn)，在巖石破損的瞬間避免其發(fā)生巖性變化。同時(shí)高頻沖擊破碎法鉆頭的穩(wěn)定性較高，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭不會(huì)發(fā)生偏斜力矩的情況，井眼軌跡比較規(guī)則，鉆井質(zhì)量得到保障。

（3）高頻沖擊破碎方式在旋沖鉆井技術(shù)中能夠降低鉆頭的磨損程度，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命。同時(shí)我們需要高度重視鉆壓和轉(zhuǎn)速在鉆井過(guò)程中的合理控制，實(shí)時(shí)對(duì)受力情況進(jìn)行檢測(cè)，保障鉆進(jìn)質(zhì)量和鉆進(jìn)效率。

3 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用

3.1 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)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(yīng)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(shì)。沖擊器在使用中的主要功能就是將地層中堅(jiān)硬的巖石擊碎，尤其要注意的就是一旦井深超過(guò)3000m，在鉆進(jìn)施工作業(yè)過(guò)程中要高度重視沖擊器的使用方式，延長(zhǎng)沖擊器的使用壽命，提高我國(guó)石油井深的開(kāi)采質(zhì)量和開(kāi)采效率。同時(shí)我們還要根據(jù)鉆進(jìn)的實(shí)際情況，選擇與鉆頭配套的技術(shù)，根據(jù)鉆井實(shí)際環(huán)境選擇技術(shù)含量高、適應(yīng)強(qiáng)的鉆頭，保障鉆進(jìn)的速率。對(duì)沖擊器的應(yīng)用范圍適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行擴(kuò)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(shí)對(duì)沖擊器的適應(yīng)性進(jìn)一步提升，在信息化高度發(fā)展的今天，在旋沖鉆井技術(shù)中不斷地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的計(jì)算處理，了解和熟悉沖擊器的操作流程，根據(jù)實(shí)際的情況科學(xué)合理的調(diào)整沖擊器的各項(xiàng)參數(shù)，保障沖擊器利用率的最大化。

3.2 旋沖鉆井技術(shù)的具體應(yīng)用

氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)的主要應(yīng)用原理就是利用高壓氣體實(shí)現(xiàn)旋沖鉆井，氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)在我國(guó)的石油鉆井施工中應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)配氣方式的不同，氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)可以分為有閥式氣動(dòng)旋沖鉆井和無(wú)閥式氣動(dòng)旋沖鉆井。有閥式氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)主要是通過(guò)高壓氣體進(jìn)行合理的調(diào)整與控制；無(wú)閥式氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)主要是通過(guò)缸體與側(cè)壁之間的往復(fù)活塞運(yùn)行實(shí)現(xiàn)控制與調(diào)節(jié)。高壓氣體因?yàn)槠湔w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(méi)有其他雜物比較干凈，巖石碎屑在風(fēng)速較高時(shí)會(huì)連續(xù)破碎。氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)的效率比較高，缺點(diǎn)就是操作流程比較復(fù)雜，投資成本比較高。我國(guó)的氣動(dòng)旋沖技術(shù)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，還存在一定的差距，我國(guó)的氣動(dòng)旋沖鉆井技術(shù)需要不斷的研究和創(chuàng)新，在未來(lái)的石油鉆井施工過(guò)程中有著巨大潛力和價(jià)值。

4 旋沖鉆進(jìn)技術(shù)在石油鉆井中的未來(lái)展望

我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)在最近的幾年中不斷的發(fā)展進(jìn)步，旋沖鉆井技術(shù)也取得了一定的成績(jī)，沖擊器在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)越來(lái)越成熟，并向著系列化、多工藝化的方向發(fā)展。堅(jiān)硬巖石的鉆進(jìn)一直是石油鉆井施工中的難題，針對(duì)參數(shù)3000m的沖擊產(chǎn)品，想要提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性，就要加大單次沖擊功率，才能延長(zhǎng)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)工作人員在對(duì)旋沖鉆井技術(shù)的研究過(guò)程中，還要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境和實(shí)際情況選擇合適的鉆頭，保障鉆頭的使用率，對(duì)旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，提高其鉆井的寬度與廣度，實(shí)現(xiàn)石油鉆井效率的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上的研究和分析，我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(lái)越大，所以石油開(kāi)采效率的提升是十分重要的，有效地降低我國(guó)對(duì)外來(lái)石油資源的依賴性，加強(qiáng)我國(guó)在世界舞臺(tái)的競(jìng)爭(zhēng)力。旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井施工中的應(yīng)用，提高了我國(guó)石油的開(kāi)采質(zhì)量和開(kāi)采效率，也保障了石油開(kāi)采期間的安全、穩(wěn)定，是促進(jìn)我國(guó)石油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)手段。