旋转冲击钻井技术研究与应用

旋转冲击钻井技术研究与应用

刘伟

胜利石油工程有限公司海洋钻井公司

摘要：旋转冲击钻井技术中气动旋转冲击钻井技术以及液动旋转冲击钻井技术的应用比较广泛，且表现出良好的应用效果，在结合旋转冲击钻井技术的原理和特点对其应用效果进行分析之后，也对此技术在石油钻井领域中的应用前景进行展望，为了旋转冲击钻井技术会不断提高来拓宽其应用范围，并推动石油钻井技术以及其应用水平的不断提高。

关键词：旋转冲击钻井技术；机械钻速；液动冲击器；破碎速度

1 石油钻井中旋转冲击钻井技术原理

在石油钻井中应用旋转冲击钻井技术的原理就是在普通的旋转钻井工程条件下对冲击器的作用和功能进行额外增加。通常需要在石油井底的上端进行冲击器的增设，或者是增设在岩心管的上端。冲击器的应用利用的是井底高压气体以及钻井液推动时产生的动力而进行运动，当冲击器与钻头进行撞击时，二者的冲击动载以及静压旋转会共同作用来实现岩石的破碎。在这二者的共同作用下不仅会进行大体积的破碎以及提高破碎岩石的运动速度，还可以进行岩石裂隙的扩张。

2 旋转冲击钻井技术的特点

旋转冲击钻井技术的特点主要有以下几点：一是其对岩石进行破碎的原理不是进行淹没破碎，而且进行体积破碎的方式，因此具有较高的钻井效率。二是冲击器的使用可以对钻头的摩擦进行有效减少，因而延长了钻头的使用寿命。三是在对岩石进行破碎时是通过钻头的冲击压力以及冲击器的回转刮削能力的共同作用来完成的。四是冲击器对岩石进行破碎的过程属于高频率运动，通常不会对钻头造成不利影响，因而可以提高岩石破碎成型的质量以及形成具有较为规则的井眼。五是在岩石破碎等钻井过程中钻压相对比较小而且钻速也比较低，因此对于钻柱受力情况的改变具有重要作用。

3 石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用与效果

本文介绍石油钻井中旋转冲击钻井技术的原理和表现出的特点，具体分析旋转冲击钻井技术中气动和液动旋转冲击技术的应用情况和应用效果，并对未来旋转冲击技术在石油钻井领域中的应用前景进行展望。

3.1 旋转冲击钻井技术的应用

一是气动旋转冲击钻井技术的应用。此种钻井技术主要是对冲击器的气动性能进行利用，通常在采矿工业中比较常用，而且冲击器也主要分为有阀和无阀2种，前者就是通过配气机构的阀片来对上下运动的压缩空气进行控制，后者则不。此种技术应用中由于所用介质的密度较低因此具有较高的钻井效率，而且在凿岩器械设计中比较常用。早期的风动凿岩机主要是以压缩空气为动力介质，可以钻进深度为1700m以上的井眼。随着气动旋转冲击钻机技术的发展，冲击器的类型也发展到几十种，而且在空压机以及配套钻机和附属设备的设计生产中逐渐被应用，此钻井技术的应用范围也逐渐扩展到采石场、滑坡防护以及钻凿水井和石油钻井等工程中。二是滚动旋转冲击钻井技术。此技术主要采用的冲击器为液动冲击器，就是利用钻井液为动力介质，可以实现对渗控硬地层的钻进。冲击器主要分为水力以及高压油2种，此种冲击器的主要优点就是具有较低的燃料能耗和较高的能量利用效率，可以在较少的设备投入来满足石油钻井的要求。目前比较常用的就是射吸式冲击器、射流式冲击器等，而且阀式液力冲击器的类型比较多，此技术应用中最大的优点就是具有较少的运动部件，因此不会受到井深以及围压的影响，可以根据所采用的钻井工艺以及井深的不同来对具体参数进行调整来实现全面的体积碎岩。

3.2 旋转冲击钻井技术的应用效果

以DGSC型液动射流冲击器在石油钻井中的应用为例，不仅提高了30%的机械钻速，而且所用元件的寿命也延长到了150h以上，达到的效果有以下几点：一是提高了岩石破碎的效果。这主要是由于在钻头上进行冲击器的连接实现了周期性冲击载荷的增加和接触时间的缩短，提高了接触应力。通过冲击荷载增多时产生的振动使得应急集中，提高了岩石的破碎效果。二是钻井过程中的钻压比较小，而且冲击频率比较高，降低了钻头的磨损，延长其使用寿命。三是此技术可以实现对钻头钻压限制比荷载的允许，确保岩石破碎效果达到理想状态，提升钻井井深的质量。四是在对钻井进行冲击回转的过程中可以通过射流方式来进行调节和聚集，通过高速运行水团的形成来确保井底的清洁程度。五是可以满足石油钻井中进行较深钻井深度以及较长钻距的工业要求，并且还具有较强的抗压强度和较为牢固的接头密封性。

3.3 应用前景

目前在石油钻井中应用的旋转冲击钻井技术中的冲击器可以按照直径的不同分为多种不同的类型和系列产品，而且旋转冲击钻井技术工艺也在向多工艺方向发展，实现对硬岩钻井问题的有效解决。此外，在石油钻井领域中目前的冲击器正在向3000m的方向进行深入研究，并且向大单次冲击功方向发展来实现冲击器应用可靠性以及使用寿命的提高和延长。外，

在石油钻井工程中，由于从直井向定向井方向发展以及向大位移井方向发展，因而也扩大了此技术在石油钻井中的应用范围。不仅如此，目前对冲击器的相关仿真等计算和研究的技术不断提高和创新，实现对冲击器结构和参数的改进和提高，提高此技术的能量利用效果，并满足深部勘探和开发的应用需要。针对不同的石油钻井领域还可以对旋转冲击钻井的钻头以及配套设备进行优化设计，确保所选择钻头的最优性，提升该技术的推广和应用。

4 结束语

在经济快速发展以及工业化进程不断加快的形势下，对石油等资源的需求量也在不断增加，因而也推动了石油钻井工程的快速发展。而且目前激烈的石油市场竞争也对钻井效率和质量提出了较高的要求，推动石油钻井相关技术的不断进步和创新。目前旋转冲击钻井技术在石油钻井工程的应用较为广泛，而且对于提高石油钻井公司的钻井效率和质量具有重要作用。

参考文献

[1] 张文敏 . 旋转冲击钻井技术在石油钻井中的应用 [J]. 中小企业管理与科技旬刊，2017（7）：193-194.

[2] 龚建凯，解晓宇，杜枫，等 . 石油钻井中液动冲击旋转钻井技术的应用 [J]. 中国石油石化，2017（2）.