石油钻井中旋冲钻井技术的应用研究

潘小明

中石化中原石油工程有限公司钻井一公司, 河南 濮阳 457331

为了进一步解决旋冲钻井技术的应用问题，首先要提升我国旋冲钻井技术的应用水平，从而有效提高石油钻井的效率，提升石油钻井开采的质量，确保在相关工作人员在石油钻井过程中的安全性，为石油开采单位创造更大的经济效益与社会效益。

1 旋冲钻井技术的应用现状

旋冲钻井技术的发展基础是碎岩机理，随着这项技术的不断成熟与完善，已被广泛地应用于社会各个领域，如矿石开采、地质勘探以及石油钻井方面。旋转钻井技术作为一种较为先进的核心技术，其冲击器的性能可以直接影响到旋冲钻井的效果。目前市场上冲击器的类型较多，主要包括液动、气动以及电动冲击器等类型，其中液动与气动冲击器是石油钻井中应用最为广泛的两种。

1.1 液动旋冲钻井技术

液动旋冲钻井使用的液动冲击器，其工作的主要动力来源于高压水或钻井液，井下动力钻具是液动旋冲钻井机中最为核心的部分。在20世纪初期，一位俄国的工程师成功地研究出液动旋冲钻井技术。但由于当时技术水平有限，液动冲击器的单次冲击功率较低且频率高，钻井深度也比较小，无法有效地应用到深井石油钻井中。近些年来随着我国油气田钻井行业不断向纵深发展，科学技术水平逐步提高，在解决硬地层钻进效率低、钻头寿命短等问题方面，液动冲击器的性能优势也日益显现。

1.2 气动旋冲钻井技术

在20世纪40年代，气动冲击旋转技术在采矿业得到有效应用。该项技术不仅可以利用压缩空气来解决车装钻机工作过程中存在压力不足的问题，还可将压缩空气作为气动旋冲钻井的动力介质。气动冲击旋转与液动冲击旋转钻进相比，不仅其介质密度较小，同时其气柱静压力也较小，且岩石更加容易破碎，钻进效率也高于液动冲击旋转钻进，且是液动冲击旋转钻进的3～5 倍。

2 旋冲钻井技术工作原理以及应用特点

2.1 工作原理

传统钻井技术是旋冲钻井技术发展的基础与前提。与传统钻井技术相比，旋冲钻井技术具有更大的冲击力。旋冲钻井技术利用冲击器的活塞运动来撞击钻头，从而提升钻头的冲击力，提升钻冲效率。

2.2 应用特点

①利用冲击器不仅可以实现钻头对岩石的冲压，同时在钻头旋转运动期间可以顺利地破碎岩石。对于硬度较高的岩石来说，其破碎难度较大，因此在一般情况下会采用体积破碎法，这种方式不仅可以提升冲钻效率，同时也能够减少钻头损耗，提高人力与物力的利用率[1]。

②旋冲钻进过程中的高频冲击破碎法，不仅耗费时间短，同时也可以确保岩石在破碎的瞬间不会发生岩性变化。另外，由于钻头具有较高的稳固性，因此在一般情况下不会发生偏斜力矩的情况，且能够形成较为规则的井眼，提升钻井质量。

③对于旋冲钻进技术来说，其高频冲击破碎方式能够有效降低钻头的磨损，延长钻头的使用时间。但需要注意的是，在钻进期间要对钻压与转速进行严格控制，全面监测钻柱的受力情况，确保钻进的质量与效果。

3 石油钻井中旋冲钻井技术的应用

3.1 旋冲钻井技术的应用

随着我国经济的快速发展和科学技术的进步，旋冲钻井技术在石油钻井施工中得到广泛的应用，根据实际应用情况大致分为如下几点内容：

随着科学技术的发展，传统小直径的冲击器已经不再符合当前石油钻井的需求，大直径的冲击器得到广泛的应用，并且呈现出多工艺以及系列化的发展趋势。冲击器在实际应用期间，一般情况下需要把硬地层的硬岩击碎。其中需要特别注意的是，对于深度在3000米以上的井段实施钻进作业时，要侧重于冲击器使用方法的研究，以此来提高冲击器的使用寿命，确保冲击器在钻井过程中的安全性与可靠性，从而进一步提高我国石油深井的开采水平[2]。

要重视与钻头相关配套技术的研究，尽可能地根据实际钻井情况来选择技术含量更高且适应性更强的钻头，以此来提升钻进效率。

要充分扩大冲击器的应用范围，这就要求冲击器不能仅限于用在直井钻进，同时也要用于定向井钻进中。另外，为了进一步提高冲击器的适应性，可以将计算机技术应用到旋冲钻井技术当中，以此来进行参数计算，准确地掌握冲击器的操作规律，适当地对冲击器各项参数进行合理的调整，从而大大提高冲击器的利用率。

3.2 旋冲钻井技术的具体应用

对于气动旋冲钻井技术来说，其主要是利用高压气体的推动来实施旋冲钻井。目前在我国石油钻井中，气动旋冲钻井技术的应用十分广泛[3]。气动旋冲钻井技术可以根据不同的配气方式分为两大类，一类是有阀式气动旋冲钻井，即通过高压气体的推动作用实施有效的控制与调整；另外一类是无阀式气动旋冲钻井，其具体调节与控制通过缸体侧壁以及上活塞的往复运动来实现。对于高压气体来说，其整体密度偏低，产生的气柱压力在一般情况下相对较小，极易使岩石破碎。同时，若井底较为干净，且风速较高时，其岩石碎屑就会连续破碎。虽然气动旋冲钻井的效率较高，但其具体操作也较为繁琐，且投入成本较高。另外，与西方发达国家相比，我国气动旋冲钻井技术的应用水平相对较低，且气动旋冲钻井技术的研究仍旧处于初级阶段，并没有形成系统完善的体制。因此在我国现阶段，气动旋冲钻在石油钻井中还没有得到广泛应用。

4 旋冲钻进技术在石油钻井中的未来展望

近些年来随着社会经济的发展和科学技术水平的不断进步，我国旋冲钻进技术也得到进一步提高，冲击器的应用水平越发成熟，并逐步向系列化以及多工艺化趋势发展。在石油钻井期间，要想有效解决硬岩石钻进难题，尤其是对于参数为3000米的冲击产品来说，增大单次冲击功率不仅能够大大延长冲击器的使用期限，提高其运行的稳定性，同时可以充分满足当前社会对于石油钻井深度勘探的相关要求，为勘探工作奠定良好的技术基础。除此之外，在研究旋冲钻井技术的过程中，相关工作人员要根据石油钻井的具体情况以及施工环境来选择较为恰当的钻头，提升钻井的有效使用率，扩大旋冲钻进技术的应用范围，并不断向定向井方向发展，以此来进一步拓展钻井的宽度与广度，提高石油钻井的效率。

5 结语

总而言之，在我国社会主义市场经济持续活跃的形势下，全社会对石油资源的需求量也在不断地提升，因此进一步提升石油开采的效率十分必要，可以在一定程度上减少对外来石油的依赖性，极大提高我国国际的综合竞争力。在这一过程中，旋冲钻井技术的应用不仅有效提高了我国石油开采的效率，同时也提升了石油开采期间的安全性，充分满足了全社会对石油的需求，促进我国社会经济的发展。