石油鉆井中旋轉沖擊鉆井技術的應用研究
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摘要：隨著我們國家工業技術水平的不斷進步，國家對于石油需求的質與量都不斷提高。為給石油鉆井工程提供良好的技術支持，我國對石油鉆井技術的研究不斷深入，旋轉沖擊鉆井技術作為一項新技術，正在不斷被應用與改進。文章主要從概念、特點、原理、應用及發展前景幾個方面對旋轉沖擊鉆井技術進行概述、分析及探討。
關鍵詞：石油鉆井;旋轉沖擊;鉆井技術;應用
1 旋轉沖擊鉆井技術概念及其特點
旋沖鉆井就是在普通旋轉鉆井鉆頭上部安裝一個沖擊器（分為液體沖擊器及氣體沖擊器）。沖擊器是一種井底功用機械，將鉆井液壓力能轉變為高頻沖擊能，使鉆頭在一定鉆壓下隨鉆柱旋轉的同時，受到沖擊器高頻沖擊力的作用，在旋轉和沖擊共同作用下破碎巖石，提高破巖效率。
旋轉沖擊鉆井技術具備以下幾個優點：1旋轉沖擊鉆井實際是體積破碎，非傳統研磨破碎，進而效率得到了較高的提升;2可以減少鉆頭的磨損，進而提升鉆頭使用壽命;3旋轉切削與鉆頭的沖擊同時作用于巖石上，使其快速破碎;4沖擊破碎運動頻率高，保證鉆頭不容易受到磨損，從而形成標準、規則的鉆進眼;5鉆探進程的鉆壓與其速度不快，促使鉆柱受力均勻。
2 旋轉沖擊鉆井技術在石油鉆井中的應用
2013年，甘肅地區利用旋沖鉆井技術完成了第一口探索井竣工，同年四川地區應用旋沖鉆井技術實現了2681.15m深的探井。由此可見，利用旋沖鉆井技術能夠很大程度上提高鉆井成效，減少勘探成本，縮減鉆井時間，旋沖鉆井技術具備很強的實用性。目前，在石油鉆井中主要采用液動旋轉沖擊鉆井技術以及氣動旋轉沖擊鉆井技術。
2.1 液動旋轉沖擊鉆井技術
在液動旋轉沖擊鉆井技術施工中起主要作用的是：液動沖擊器，其運作主要介質是鉆井液。液動沖擊器在石油鉆井中的主要驅動介質是：高壓油、水壓以及水力。液動沖壓器具備能量消耗低、工作效率高、需要設備少等優點，使得其在石油鉆井的應用較為廣泛。由于液動旋轉沖擊鉆井技術在運作時需要的運動部件少，而且不受井深與圍壓影響，其具體參數可以針對鉆井技術及圍壓等參數進行及時調整，以實現大面積破碎。
2.2 氣動旋轉沖擊鉆井技術
氣動旋轉沖擊鉆井技術施工中起主要作用的是：氣動沖壓器。根據配氣方式可將氣動旋沖鉆井分為閥式氣動旋沖鉆井以及無閥式氣動旋沖鉆井兩類。氣動沖壓器具有介質密度低和巖石易破碎的特點。但其也具有操作繁瑣、成本較高等缺點，目前，我國氣動旋沖鉆井技術主要應用在于采礦工業且依然處于起步階段、尚未發展成熟。
2.3 沖擊器工作基本原理
液動沖擊器最適合石油鉆井的工作環境，現以液動沖擊器為例，概述其基本原理如下：在沖擊器啟動后，鉆井液通過上接頭進入到沖擊器當中，再經過上閥套進入到上配水閥當中，然后通過沖錘分流，先后經過中接頭通孔與環空間隙，進入錘身和外殼中間的間隙，最終進入錘頭當中的水槽。在這種情況下，因下配水閥與鐵砧緊緊靠在一起，堵塞流道，高速鉆井液于此處被堵，產生一定程度的水擊，使液壓快速提升，較高的鉆井液壓力使沖錘快速抬起，同時不斷向上發生運動。在沖錘運行至某高度之后，使下閥與鐵砧相脫離，沖擊器下方原處于關閉狀態的流道將打開，經鐵砧與下接頭后，鉆井液從沖擊器中流出。此時，對于沖錘，憑借慣性不斷向上發生運動，到與上配水閥相抵為止，封堵從上接頭流入上配水閥的通道。由于鉆井液受堵，所以再次發生水擊現象，在水擊作用下，沖錘與上配水閥將同時快速向下運動。在運行一定行程之后，中接頭對上配水閥有阻擋作用，使和沖錘之間相分開，受液壓作用后，自動返回到和上閥套直接相抵觸。但沖錘由于受到液壓作用、慣性作用與重力作用，將繼續向下運動，直到和鐵砧相接觸、碰撞為止，進而完成整個沖擊的過程。因沖錘不斷向下運動時，下配水閥同樣處在下行狀態，同時鐵砧受沖錘的沖擊作用后，流道將瞬間被堵，使整條鉆井液的通路繼續出現以上情形。以這樣的方式不斷重復這一過程，鐵砧受到反復，具有周期性的持續沖擊。
3 旋沖鉆井技術在石油鉆井中的發展前景
目前旋沖鉆井技術在實際使用進程中仍然存在許多問題，需要持續不斷的創新旋沖鉆井技術，才能作為各個地域的石油鉆井更好的技術支撐。旋沖鉆井技術的發展方向可主要概括為：1對沖擊器的改進。當前，我們需要加大對沖擊器的研究，擴大其性能參數的調節范圍，并根據沖擊器的外觀尺寸以及沖擊功率大小、適應井段深度范圍將其系列化，以提高沖擊器的破巖效率和使用壽命，逐步攻克超深井硬巖鉆井難題，同時研究適用于定位井、大位移井的沖擊器，進一步擴大旋沖鉆井技術的適用范圍;2對沖擊器的配套鉆井泵、空壓機、鉆頭等裝置的改進。例如，采用新技術、使用新材料研發出更加合理的、具備更高科技含量的旋沖鉆井鉆頭，來進一步提升工作效率;3引入計算機模擬仿真系統。應用計算機模擬仿真技術模擬沖擊器各個參數，了解沖擊器的工作規律，根據精準的數據以及信息進行調整，使沖擊器的機構及參數進一步優化、科學化，提升旋沖鉆井技術的工作效果。
4 結論
綜上所述，旋沖鉆井技術有極為廣泛的應用與發展前景，為解決我國對復雜地層鉆井及超深鉆井難題，提高效率，降低成本，我們需加大對旋沖鉆井技術的及其配套設備的研究，將旋沖鉆井技術形成一個成熟完善的鉆井工藝。
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