李寧波 馬寅 郭浩冉

摘要：在經(jīng)濟(jì)及社會(huì)繁榮發(fā)展的進(jìn)程中，我國(guó)工業(yè)的水平也不斷地提升，工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)石油的需求量是非常大的，由此一來(lái)，推動(dòng)了石油鉆井工程的發(fā)展。石油鉆井工程中應(yīng)用了沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，顯著的提升了鉆井的效率和質(zhì)量，因此在石油鉆井中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在介紹沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)概念的基礎(chǔ)上，闡述了石油鉆井中沖擊回鉆進(jìn)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn);石油鉆井;應(yīng)用

1.沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)主要指通過(guò)對(duì)專(zhuān)門(mén)沖擊器以及鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器的利用，使得鉆頭得以驅(qū)動(dòng)，并對(duì)孔底巖石進(jìn)行破碎的一種鉆進(jìn)方式。從特點(diǎn)上看，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)特點(diǎn)主要有：

1）鉆進(jìn)開(kāi)展的效率較高，尤其對(duì)于巖石較堅(jiān)硬的來(lái)說(shuō)，其所展現(xiàn)的鉆進(jìn)效果更加顯著。相比較回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)效率要高于幾十倍。2）鉆頭使用壽命較長(zhǎng)。在工作過(guò)程中，鉆頭所承受的磨損性得到降低，進(jìn)而對(duì)鉆頭壽命進(jìn)行延長(zhǎng)。3）鉆孔偏斜等問(wèn)題得到改善，使得鉆孔質(zhì)量得到提升。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有兩種：液動(dòng)沖擊器、氣動(dòng)沖擊器。液動(dòng)沖擊器從十九世紀(jì)六十年代研發(fā)，在隨后發(fā)展時(shí)期內(nèi)，液動(dòng)沖擊器種類(lèi)得到增加，并在石油鉆井中得到廣泛使用。氣動(dòng)沖擊器從上世紀(jì)開(kāi)始研究，研制成功后，也在實(shí)際生產(chǎn)中得到較為廣泛的應(yīng)用。在之后的發(fā)展中，氣動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在理論以及技術(shù)上都得到相當(dāng)快速的發(fā)展。

2.沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的發(fā)展現(xiàn)狀

沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)目前在石油鉆井中已應(yīng)用，在加拿大油田鉆井中所達(dá)到的鉆進(jìn)速度及鉆頭進(jìn)尺比純旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)提高數(shù)倍，在西德克薩斯，用沖擊器同三牙輪鉆頭純旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在堅(jiān)硬的石英巖層鉆進(jìn)比較提高鉆速1倍，貝殼公司在加拿大用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法在花崗巖中鉆進(jìn)與純旋轉(zhuǎn)鉆井相比，機(jī)械鉆速提高了200%。在國(guó)內(nèi)，一些單位也正在積極研究適應(yīng)惡劣的井下條件下的石油鉆井沖擊器。已研究應(yīng)用的結(jié)果表明，采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行石油鉆井可大大提高鉆井效率，降低鉆井成本。如我國(guó)某油田采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)在8口井試驗(yàn)，機(jī)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(jìn)行了大量工作。我國(guó)最早自行設(shè)計(jì)了石油鉆井用的液力沖擊器并獲得專(zhuān)利，試驗(yàn)表明，機(jī)械鉆速在硬地層提高30%，在軟地層提高21%。近幾年的實(shí)踐進(jìn)一步證明了沖擊回轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)應(yīng)用于石油鉆井的可行、可靠性。

3.沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的應(yīng)用

3.1提高鉆進(jìn)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(xué)表明巖石的動(dòng)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(qiáng)度。沖擊載荷明顯特征是作用時(shí)間短，巖石中的接觸應(yīng)力瞬間可達(dá)最大值，巖石不易產(chǎn)生塑性變形，表現(xiàn)為脆性增加。不斷地對(duì)巖石施加沖擊載荷，迫使巖石內(nèi)部分子產(chǎn)生振蕩，激起綜合應(yīng)力，加速對(duì)巖石產(chǎn)生應(yīng)力集中，瞬時(shí)作用的載荷和應(yīng)力集中特性，使巖石裂隙擴(kuò)張，巖石破碎效果增加，提高鉆進(jìn)速度.

3.2降低鉆進(jìn)成本

在普通鉆進(jìn)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(dǎo)致縮短鉆頭壽命。沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，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(gè)鉆柱跳動(dòng)，鉆頭承受整個(gè)鉆柱重量沖擊，且單次作用時(shí)間長(zhǎng)。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(shí)踐已經(jīng)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(zhì)且，減少鉆具損壞

在深井或硬地層，普通鉆進(jìn)法加大鉆壓，或提高轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)，這種方法將導(dǎo)致鉆頭壽命縮短，而且容易產(chǎn)生井斜。轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)數(shù)受著鉆壓限制，巖石變形受到抑制，達(dá)不到巖石完全破碎的效果，若想達(dá)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(zhuǎn)，機(jī)械鉆速不高。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，可以解決比載荷不足和與巖石接觸時(shí)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(chǎn)生的井斜和鉆住磨損及疲勞損壞。

3.4消除巖屑?jí)撼中?yīng)，改善噴射鉆進(jìn)效果

沖擊器在結(jié)構(gòu)上可以將現(xiàn)在的連續(xù)射流經(jīng)過(guò)一定的調(diào)節(jié)、聚能，把能量集中起來(lái)使用，使現(xiàn)在的連續(xù)射流變成高壓脈沖射流，形成脈沖高速運(yùn)動(dòng)水團(tuán)，這種水力動(dòng)能產(chǎn)生很大的沖擊載荷，沖擊力和水馬力增加很多，射流動(dòng)壓力也將大大提高，比相同條件下連續(xù)射流的動(dòng)能大許多倍，高壓脈沖運(yùn)動(dòng)的水團(tuán)反復(fù)的、突發(fā)的沖擊巖石墊層和底層，使井底干凈，提高鉆進(jìn)效率。

3.5現(xiàn)代石油鉆井設(shè)備和鉆具可以滿(mǎn)足沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝要求

石油鉆井較深，鉆具長(zhǎng)，鉆柱的內(nèi)徑與井壁比值較大，長(zhǎng)鉆具有儲(chǔ)能緩沖作用，水擊壓力對(duì)地面設(shè)備影響極微，鉆具的杭內(nèi)壓強(qiáng)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(wèn)題，完全可以滿(mǎn)足沖擊回轉(zhuǎn)鉆井的要求。試驗(yàn)證明，水擊壓力不致于對(duì)鉆具產(chǎn)生破壞作用，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鉆具和設(shè)備損壞現(xiàn)象。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的應(yīng)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(zhì)量等也得到了顯著的增強(qiáng)，促進(jìn)了石油鉆井的快速發(fā)展?，F(xiàn)今，沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)還發(fā)展的不完善，我國(guó)還需要加大研究的力度，促進(jìn)此種方法在石油鉆井中的進(jìn)一步應(yīng)用，并拓寬其應(yīng)用范圍。

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