旋沖鉆井技術在石油鉆井中的應用初探

趙英楠

（大慶油田采油工程研究院鉆井設計研究室，黑龍江大慶163453）

在石油資源的開發過程中，旋沖鉆井技術是一種應用非常廣泛的技術，這一技術是在傳統旋轉鉆進基礎上出現的，在一些復雜、堅硬的石油分布條件下，可以選用這一技術，旋沖鉆井技術的出現有效克服了高硬度巖層鉆井難度大的限制，有效提升了石油開采產量。現階段，隨著石油行業的穩步發展，旋沖鉆井技術在國內國外都取得了良好的發展效果，雖然如此，我國的這一技術尚未進入成熟發展期，在未來的發展過程中，需結合石油分布的具體情況，科學選用旋沖鉆井技術。

1 旋沖鉆井的原理和特點

旋沖鉆井技術是在普通旋轉鉆井的技術上發展起來的，在傳統的旋轉鉆井技術基礎上，通過沖擊器的使用來保障鉆井作業的順利推進。在整個的鉆井作業中，沖擊器主要用于井底，并作為動力機械裝置來實現的，在井底鉆頭、巖芯管上端位置常常需進行沖擊器的安裝與使用，在實際的運行過程中，高壓氣體、鉆井液的推動作用實現了活塞中的上下沖撞運動，在鉆頭撞擊的過程中，對巖石存在沖擊動載荷靜壓旋轉作用，有效將原有的堅硬巖石加以擊碎[1]。沖擊動載作用下，巖石原有的裂縫會在此沖擊力下逐步擴張，大體積巖石會被破碎，巖石擊碎的速率大大提升。

旋沖鉆井技術的應用特征主要表現在以下方面：①鉆頭在使用時存在壓入沖擊力和回旋刮削的聯合作用，而此聯合作用使得堅硬的巖石可以在很短的時間內被擊碎；②對于一些硬度較大的巖石而言，旋沖鉆井技術能夠在有效的時間內擊碎將大體積巖石擊碎，保障了鉆井的高效率；③旋沖鉆井技術下，可以實現高頻沖擊破碎處理，有效縮短了巖石擊碎的時間，且擊碎效果非常理想；④高頻沖擊使得擊碎研磨的時間有效縮短，鉆頭的使用壽命大大提升；如果要在鉆進的過程中大大提升鉆壓和鉆速，就需要在實際的旋沖鉆井技術應用過程中，加強對鉆柱受力情況的分析[2]。

2 沖擊器工藝原理

旋沖鉆井技術在應用的過程中，沖擊器必不可少，沖擊器的構成非常復雜，其中包含了很多的元器件，具有沖擊、配水等多種功能。各個元器件在沖擊器中所承擔的作用有所區別，雖然在旋沖鉆井技術的應用過程中存在一定的獨立性，但是，不同元器件之間良好的配合與協調，使得沖擊器可以發揮其最大的價值，充分實現其功能。沖擊器的各個元器件中，配水的主要作用體現在鉆井動能方面，實現了鉆井動能向勢能的有效轉換，使得鉆井施工作業可以高效開展。沖擊器配水包含了接頭、配水閥等諸多的元器件。當然，沖擊器中還包含了一些防回水部件，這些部件的存在使得鉆井動能可以有效轉換為沖錘動能，達到最為理想的鉆井效果。沖擊元器件與防回水的作用非常相似，都可以對動能加以有效轉化，形成對鉆井更為有效的沖錘動能。傳遞元器件在旋沖鉆井技術應用中，主要負責的是通道建設，可以為沖擊器的運行和使用創造良好的工作條件，并可以對扭矩加以有效傳輸，使得沖錘沖擊荷載，保障沖擊器可以有效開展鉆柱作業。沖擊器在實際的運行和使用過程中，會首先接收到來自鉆井的氣流和液流，而在此過程中，配水閥也同步發揮其作用，氣流和液流通過上端部位，隨后，氣流與液流逐步分開，直接進入到沖錘頭的水槽部位。在沖擊器使用時，氣流與液流通道常常會存在堵塞現象，這種堵塞現象嚴重阻礙了液體的回收，增大了水擊威脅。液體本身的壓強較大，隨著沖擊器的使用，液體壓強逐步增大，沖錘的運轉速度也將會逐步增大，當到達指定的標準以后，之前的通道會被關上，在下接頭出現液體，此時，沖錘的運動趨勢為助力，在水擊反應出現以后，將會與沖錘和配水閥動作充分配合，這種情況下，液體就可以在最短的時間內實現下行[3]。在沖擊器的使用過程中，液體壓強、上閥套和鉆頭之間存在著相互作用力，保障了沖擊反應的持續性。

3 旋沖鉆井技術的應用

3.1 氣動旋沖鉆井方式

氣動旋沖鉆井技術是旋沖鉆井技術的一種，這一技術在實際的應用過程中，壓縮空氣是關鍵要素，這一技術在采礦領域的應用非常多。從氣動旋沖鉆井方式來看，主要包含了有閥式和無閥式兩種，就有閥式而言，壓縮空氣是活塞上下運動的主要推動力；無閥式方式下，系統管理是由活塞和缸體側壁來的往復運動來實現的。壓縮氣體的密度非常小，氣柱所能夠達到的壓力也十分有限，這種情況下，在旋沖鉆井技術應用時，巖石非常容易出現破碎現象。當處于風速很高的情況下，只有井底的清潔度符合標準，巖石的碎屑就可以再次被破碎[4]。氣動旋沖鉆井技術在應用時的效率非常高，不僅可以通過壓縮來形成單一的介質，還可以在不同種類的氣液中，對介質來實現有效的處理和應用。在石油資源的開發過程中，雖然氣動旋沖鉆井技術的鉆井效率非常高，但是，這一技術在應用的過程中常常會受到技術流程復雜、成本較高的限制，影響了這一技術的推廣和應用，在未來還有著廣大的發展潛力。

3.2 液動旋沖鉆井方法

液動旋沖鉆井方法在石油鉆井作業中同樣非常有效，在實際的技術應用過程中，鉆井作業是借助于高壓水與鉆井液來完成的，在整個的鉆井作業中，牙輪鉆井方法的應用是關鍵。在液動旋沖鉆井技術下，水力和高壓油是主要的驅動介質，石油鉆井作業中，水力介質更為常用，在整個的技術應用過程中，生成的能量相對較高，有關的設備設施在運行過程中所產生的動力相對較小，燃料損耗少且費用較低[5]。從當前液動旋沖鉆井技術的使用應用來看，這一技術的發展十分有限，在此類設施方面的投入相對較少，鉆井液作為重點介質，當處于巖石沖擊作用下時，所產生的能量非常大。石油鉆井在以水力為驅動介質時，包含了有閥式正作用、閥式雙作用、閥式反作用和射流式幾種，其中，射流式沖擊器結構如圖1所示。

圖1 射流式沖擊器結構

4 旋沖鉆井技術的發展方向

在石油行業快速發展的過程中，旋沖鉆井技術在未來需實現創新發展。首先，沖擊器直徑需實現小直徑向大直徑的創新和轉變，形成系列化產品，實現工藝的多方面發展。石油鉆井過程中，旋沖鉆井工藝的應用可以有效實現堅硬巖石的破碎處理，盡量在技術應用時選取高性能、長壽命的沖擊器，保障沖擊器在使用時可以保持較高的可靠性。其次，旋沖鉆井技術應用的過程中，要加強對鉆頭的創新，在石油鉆井過程中使用更為先進的旋沖鉆井鉆頭，來保障鉆井的效率。最后，要擴大沖擊器的使用范圍，實現直井向定向井的擴展，充分保障旋沖鉆井技術的有效利用。

5 結束語

石油鉆井過程中，為有效提升鉆井效率與質量，保障鉆井作業的順利推進，各個石油企業都需要結合石油資源的分布情況，加強對旋沖鉆井技術的應用，通過這一技術的應用來使得鉆井工作有序開展，發揮其技術優勢。