潘冬興(中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司， 北京 100020)

石油鉆井中旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用探討

潘冬興(中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司， 北京 100020)

作為當(dāng)前石油鉆井領(lǐng)域頗為關(guān)注的熱點課題，旋沖鉆井技術(shù)可以有效實現(xiàn)深井硬地層快速鉆進(jìn)，文章介紹了旋沖鉆井技術(shù)的工作原理，對液動和氣動兩種沖擊器在石油鉆井領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行列舉，并結(jié)合國內(nèi)旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了其技術(shù)優(yōu)勢，并指明了旋沖鉆井技術(shù)可能的發(fā)展方向。

液動旋沖鉆井;氣動旋沖鉆井;沖擊器;應(yīng)用

1 旋沖鉆井技術(shù)基本原理

在常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上，在鉆頭的頂端位置裝設(shè)沖擊器，通過高壓氣體(也有用鉆井液的)的帶動，生成高頻率沖擊力，不斷向沖擊器施加壓力進(jìn)而傳遞給前端鉆頭，通過這一過程便保證了旋轉(zhuǎn)同時沖擊鉆進(jìn)的實現(xiàn)[1]，與傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)比較而言，這種旋轉(zhuǎn)與沖擊鉆進(jìn)同時進(jìn)行的技術(shù)可以有效實現(xiàn)堅硬巖石開挖環(huán)境的鉆進(jìn)，即在鉆進(jìn)過程中逐漸向鉆頭施加由小到大的壓力，并持續(xù)鉆進(jìn)，極大克服了傳統(tǒng)鉆井技術(shù)所存在的問題，此外還具有工作效率高、成本低、鉆頭磨損小等優(yōu)點。

2 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

旋沖鉆井所具有的碎巖機(jī)理及鮮明的技術(shù)優(yōu)勢使得該技術(shù)誕生后，很快廣泛應(yīng)用于礦山、采石、地質(zhì)勘探、石油鉆井、油氣田勘探等方面。作為旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的核心設(shè)備，沖擊器這一井下動力工具的性能直接決定旋沖鉆井的效果，沖擊器主要包括液動、氣動、電動、氣液混合沖擊器和機(jī)械作用式?jīng)_擊器等類型，其中液動和氣動兩種沖擊器在石油鉆井領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛[2]。

2.1 液動旋沖鉆井技術(shù)

該技術(shù)所采用的液動沖擊器借助高壓水或鉆井液為動力介質(zhì)，成為液動旋沖鉆井最核心的井下動力鉆具，由上世紀(jì)初期俄國工程師率先設(shè)計。在過去，液動沖擊器由于具有單次沖擊功率低、沖擊頻率高、鉆井深度小等弊端，并為廣泛應(yīng)用于深井石油鉆井實踐。近幾年來，油氣田鉆井逐漸向縱深部發(fā)展，液動沖擊器在解決硬地層鉆進(jìn)效率低、鉆頭壽命短等問題方面日漸突顯出優(yōu)勢性能[2]。

2.2 氣動旋沖鉆井技術(shù)

二十世紀(jì)四十年代氣動沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)開始應(yīng)用于采礦工業(yè)領(lǐng)域，該技術(shù)可以克服車裝鉆機(jī)所采用牙輪鉆頭鉆進(jìn)硬巖層過程中很難滿足鉆進(jìn)所需的壓力要求的難題，而利用壓縮空氣作為動力介質(zhì)。與液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)相比，氣動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)介質(zhì)密度小，氣柱靜壓力小，巖石更容易破碎，鉆進(jìn)效率約為液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的3～5倍，除可以利用純粹的壓縮空氣作為介質(zhì)外，還可以利用不同配合比的氣液混合介質(zhì)。

該技術(shù)受空氣鉆井技術(shù)發(fā)展的限制而在國內(nèi)石油鉆井領(lǐng)域發(fā)展緩慢，空氣鉆進(jìn)技術(shù)復(fù)雜，所使用設(shè)備配置高、投資大，在過去發(fā)展較為滯后，近年來氣動旋沖技術(shù)開始廣泛受到國內(nèi)各大高校及研究院所的關(guān)注，并開始普遍運(yùn)用于各大油田。

2004年吐哈油田在玉門油區(qū)，成功運(yùn)用空氣鉆井、霧化鉆井等五項國內(nèi)氣動旋沖鉆井技術(shù)鉆出第一口工程探索井，開創(chuàng)了單井符合空氣鉆井的國內(nèi)記錄。接著四川石油管理局利用空氣鉆井技術(shù)，實現(xiàn)了2570.15m深井的氣動旋沖鉆井，開創(chuàng)了最新的國內(nèi)氣動旋沖鉆井的井深記錄。同年，大港油田所承鉆的首口大慶油田空氣鉆井試驗成功后，便再次成功承鉆新疆油田兩口空氣鉆井，收效甚好。結(jié)果表明，氣動選沖鉆井技術(shù)除了能保證空氣鉆技術(shù)的有效應(yīng)用，并保證鉆進(jìn)效率的成倍提高和鉆采成本成倍降低之外，還能大大縮短鉆井周期，這種先進(jìn)的鉆進(jìn)技術(shù)尤其適用于硬地層油氣田的開發(fā)與鉆探[3]。

3 鉆井技術(shù)的發(fā)展前景

綜上所述，旋沖鉆井技術(shù)在油氣田開發(fā)領(lǐng)域擁有遠(yuǎn)大的發(fā)展和應(yīng)用前景，地層巖性硬度高、可鉆性差的現(xiàn)象較為普遍，旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)可以徹底改善傳統(tǒng)技術(shù)低效率的破巖方式，通過全新的結(jié)構(gòu)設(shè)計與科學(xué)原理的指導(dǎo)運(yùn)用，可以有效實現(xiàn)鉆探旋轉(zhuǎn)和鉆進(jìn)兩個過程的同時進(jìn)行，鉆井效率和鉆進(jìn)速度明顯改善。但是當(dāng)前鉆井實踐中，受油田企業(yè)資金實力和勞動生產(chǎn)率等因素的制約，其技術(shù)水平落后，尚未掌握鉆采領(lǐng)域的核心技術(shù)，缺乏強(qiáng)有力的科學(xué)理論指導(dǎo)，先進(jìn)技術(shù)方面科研水平低下等普遍存在，在旋沖鉆井技術(shù)方面應(yīng)重點做好以下工作。

4 結(jié)語

為滿足不同地層條件的鉆探要求，加強(qiáng)鉆井工藝多樣化及多工藝綜合技術(shù)的理論與實踐研究；沖擊器是鉆井工藝技術(shù)的核心，故應(yīng)將沖擊器這個鉆井技術(shù)的核心部件作為研究的重中之重，保證其能夠適應(yīng)不同的鉆井需要，除了重點研究沖擊器外，與沖擊器相配套的鉆頭等也必須盡快納入研究之列；按照外形，研究開發(fā)出能夠真正適應(yīng)我國各大油田開發(fā)實際的鉆頭和沖擊器；拓展沖擊器適用范圍，使其進(jìn)一步應(yīng)用并適用于直井、定向井和大位移井等的鉆探，并做好與之相配套的鉆井泵、空壓機(jī)、除砂器等配套設(shè)備的研發(fā)、改進(jìn)與升級，利用先進(jìn)的科學(xué)理論指導(dǎo)沖擊器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計。

[1]葉爾沙得可·沙德爾.旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].石化技術(shù),2016,23(04):266.

[2]鄧元洲,羅園,宋軍正.旋沖鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].化工管理,2016,(11):116.

[3]張凱.淺談旋沖鉆井技術(shù)在Tamsag油田應(yīng)用的可行性[J].中國石油和化工,2013,(09):54-56.