趙英楠

（大慶油田采油工程研究院鉆井設(shè)計研究室，黑龍江大慶163453）

在石油資源的開發(fā)過程中，旋沖鉆井技術(shù)是一種應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，這一技術(shù)是在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆進基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，在一些復(fù)雜、堅硬的石油分布條件下，可以選用這一技術(shù)，旋沖鉆井技術(shù)的出現(xiàn)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(chǎn)量?，F(xiàn)階段，隨著石油行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，旋沖鉆井技術(shù)在國內(nèi)國外都取得了良好的發(fā)展效果，雖然如此，我國的這一技術(shù)尚未進入成熟發(fā)展期，在未來的發(fā)展過程中，需結(jié)合石油分布的具體情況，科學(xué)選用旋沖鉆井技術(shù)。

1 旋沖鉆井的原理和特點

旋沖鉆井技術(shù)是在普通旋轉(zhuǎn)鉆井的技術(shù)上發(fā)展起來的，在傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上，通過沖擊器的使用來保障鉆井作業(yè)的順利推進。在整個的鉆井作業(yè)中，沖擊器主要用于井底，并作為動力機械裝置來實現(xiàn)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(xiàn)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(zhuǎn)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(shù)的應(yīng)用特征主要表現(xiàn)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(lián)合作用，而此聯(lián)合作用使得堅硬的巖石可以在很短的時間內(nèi)被擊碎；②對于一些硬度較大的巖石而言，旋沖鉆井技術(shù)能夠在有效的時間內(nèi)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(shù)下，可以實現(xiàn)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(shù)應(yīng)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(shù)在應(yīng)用的過程中，沖擊器必不可少，沖擊器的構(gòu)成非常復(fù)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(dān)的作用有所區(qū)別，雖然在旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)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(xié)調(diào)，使得沖擊器可以發(fā)揮其最大的價值，充分實現(xiàn)其功能。沖擊器的各個元器件中，配水的主要作用體現(xiàn)在鉆井動能方面，實現(xiàn)了鉆井動能向勢能的有效轉(zhuǎn)換，使得鉆井施工作業(yè)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(dāng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)應(yīng)用中，主要負責(zé)的是通道建設(shè)，可以為沖擊器的運行和使用創(chuàng)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(yè)。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(fā)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?jīng)_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(xiàn)象，這種堵塞現(xiàn)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(zhuǎn)速度也將會逐步增大，當(dāng)?shù)竭_指定的標準以后，之前的通道會被關(guān)上，在下接頭出現(xiàn)液體，此時，沖錘的運動趨勢為助力，在水擊反應(yīng)出現(xiàn)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(nèi)實現(xiàn)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(yīng)的持續(xù)性。

3 旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用

3.1 氣動旋沖鉆井方式

氣動旋沖鉆井技術(shù)是旋沖鉆井技術(shù)的一種，這一技術(shù)在實際的應(yīng)用過程中，壓縮空氣是關(guān)鍵要素，這一技術(shù)在采礦領(lǐng)域的應(yīng)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(tǒng)管理是由活塞和缸體側(cè)壁來的往復(fù)運動來實現(xiàn)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(shù)應(yīng)用時，巖石非常容易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。當(dāng)處于風(fēng)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(shù)在應(yīng)用時的效率非常高，不僅可以通過壓縮來形成單一的介質(zhì)，還可以在不同種類的氣液中，對介質(zhì)來實現(xiàn)有效的處理和應(yīng)用。在石油資源的開發(fā)過程中，雖然氣動旋沖鉆井技術(shù)的鉆井效率非常高，但是，這一技術(shù)在應(yīng)用的過程中常常會受到技術(shù)流程復(fù)雜、成本較高的限制，影響了這一技術(shù)的推廣和應(yīng)用，在未來還有著廣大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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(yè)中同樣非常有效，在實際的技術(shù)應(yīng)用過程中，鉆井作業(yè)是借助于高壓水與鉆井液來完成的，在整個的鉆井作業(yè)中，牙輪鉆井方法的應(yīng)用是關(guān)鍵。在液動旋沖鉆井技術(shù)下，水力和高壓油是主要的驅(qū)動介質(zhì)，石油鉆井作業(yè)中，水力介質(zhì)更為常用，在整個的技術(shù)應(yīng)用過程中，生成的能量相對較高，有關(guān)的設(shè)備設(shè)施在運行過程中所產(chǎn)生的動力相對較小，燃料損耗少且費用較低[5]。從當(dāng)前液動旋沖鉆井技術(shù)的使用應(yīng)用來看，這一技術(shù)的發(fā)展十分有限，在此類設(shè)施方面的投入相對較少，鉆井液作為重點介質(zhì)，當(dāng)處于巖石沖擊作用下時，所產(chǎn)生的能量非常大。石油鉆井在以水力為驅(qū)動介質(zhì)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?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 射流式?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)

4 旋沖鉆井技術(shù)的發(fā)展方向

在石油行業(yè)快速發(fā)展的過程中，旋沖鉆井技術(shù)在未來需實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。首先，沖擊器直徑需實現(xiàn)小直徑向大直徑的創(chuàng)新和轉(zhuǎn)變，形成系列化產(chǎn)品，實現(xiàn)工藝的多方面發(fā)展。石油鉆井過程中，旋沖鉆井工藝的應(yīng)用可以有效實現(xiàn)堅硬巖石的破碎處理，盡量在技術(shù)應(yīng)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(shù)應(yīng)用的過程中，要加強對鉆頭的創(chuàng)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(xiàn)直井向定向井的擴展，充分保障旋沖鉆井技術(shù)的有效利用。

5 結(jié)束語

石油鉆井過程中，為有效提升鉆井效率與質(zhì)量，保障鉆井作業(yè)的順利推進，各個石油企業(yè)都需要結(jié)合石油資源的分布情況，加強對旋沖鉆井技術(shù)的應(yīng)用，通過這一技術(shù)的應(yīng)用來使得鉆井工作有序開展，發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。