振动冲击钻井提速技术现状及发展趋势

刘凯 胡嘉

摘要：当今社会中的各行各业都在飞速地发展之中，而作为当今社会中非常重要的石油钻井行业来说同样也是如此。目前人们对于此类资源的需求量在不断地提高和增加，而为了能够有效地满足人们对于此类资源的需求，相关工作人员就需要采取一系列科学良好的技术来开展对应的钻井工作，在钻井的过程中采取有效的钻井技术也能够从一定程度上提高钻井的效率和质量。目前较为常见的钻井技术有轴向振动冲击以及扭向振动冲击，在实际的应用过程中需要根据实际情况来选择对应的技术，本文针对轴向振动冲击和扭向振动冲击提速技术的现状及发展趋势进行了分析，以供参考。

关键词：振动冲击;钻井提速;技术现状;发展趋势

引言：

在钻井行业中，钻井提速始终是其中一种非常重要的钻井技术，在实际的钻井过程中，相关人员通常需要采取对应的钻井技术来开展钻井工作，以此来有效提升钻井效率和保证工作质量。随着当前科学技术不断地发展以及进步，钻井提速中所包含的各项技术同样也在不断地发展以及进步中，但是对于钻井行业来说此类技术还需要获得更为良好的发展以及进步，从而更进一步提升整体的效率和质量。

一、振动冲击提速技术现状

在当前众多的钻井提速技术之中，轴向振动冲击的钻井提速技术已然经过了一段时间的发展以及优化，在这样的背景之下自然也就延伸出了一系列更加新型和有效的钻井提速技术，在传统的钻井提速技术应用过程中人们发现会存在一些限制以及问题，从而导致整体的钻井质量以及效率较低[1]。而为了解决此类问题，相关人员通过不断地钻研，研发出了一系列新型的钻井提速技术，通过此类技术能有效提高钻井的质量和效率。目前常见的轴向振动冲击钻井提速技术中主要包含了以下几种技术。

（一）水力脉冲空化射流振动提速技术

首先介绍的就是水力脉冲空化射流振动提速技术，该技术主要依靠的就是传统的水力脉冲以及空化射流，相关人员在对此类技术进行分析以及研究的过程中发现此类技术可以通过一定的途径来进行结合，从而形成了对应的水力脉冲空化射流工具。如图1所示就是该工具的基本结构。该工具在实际的应用过程中其所采用的工作原理就是，在对应的液体经过了导流体之后会改变其自身的流向以及速度，之后会将此类变化作用于钻井液之中，从而促进了驱动叶轮能够产生高速的旋转，那么在高速的旋转情况之下，整体的流道面积也就会受到对应的影响和变化，从而形成了一定的脉冲压力。此时自激振荡腔室就会对此类发出的钻井液脉冲信号进行放大，并且还会促进其产生一定的谐振，当此类信号经过了振荡腔室之后就会收缩自身的面积从而进入到后续的喷嘴之中，此时就会形成对应的压力波动。这种压力波动之后还会由于自身的性能以及特点从而返回到对应的自激荡腔室之中，从而形成了对应的压力振荡，若是压力波动自身的频率与谐振腔的频率形成一致并且产生了对应的共振情况，那么在液体的出口端就会形成非常强烈的脉动涡环流，强烈的脉动涡环流就会进一步以自身的波动压力来对井底造成冲击和影响，那么最终在这样的情况之下钻井質量自然就能够得到有效地改善。

此类技术自身同样存在一定的优点和缺点。在经过了一段时间的应用以及操作之后，工作人员能够明显发现此类技术自身的优势在于其能够在不同类型的底层以及钻井液性能条件之下进行正常使用，并且该技术在使用的过程中不会使用到一系列橡胶件，那么自然也就不会受到对应井深以及地层温度的影响。同时其所使用的工具相对来说也较为短小，那么在实际的应用过程中就能够与对应的动力钻具进行配合，从而防止对井身的质量造成严重的影响和破坏。但是同时此类技术也存在一定的弊端，其弊端在于由于此类技术的动力源是钻井液，因此在一些特定的井眼尺寸之下就无法有效提高其自身的冲击效果，从而产生了一定的限制。

（二）自激振荡式提速工具

其次就是对应的自激振荡式提速工具，该工具主要是将传统的机械冲击与对应的水力脉冲相互结合，通过对这两点作用的结合来形成了对应的自激振荡式提速工具。如图2所示的自激振荡式提速工具结构。该工具的主要工作原理就是先将钻井液注入其中，钻井液在其中会经过对应一级振荡器以及二级振荡器的作用，之后流入到对应的钻头中[2]。其在流通的过程中经过一级振荡器以及二级振荡器，就会受到其对应的振动冲击的影响，那么在此类作用力的影响之下就会通过八方杆来直接作用于对应的钻头之中，此时钻头的破岩能力以及效果就能够得到显著地提升。同时，钻井液在经过了对应地八方杆流到钻头之后就能够经过钻头水眼喷射的效果了爱加强其自身的冲击力，从而形成对应的水力脉冲，此时的水力脉冲会直接作用于对应的井底岩石之中，通过这样的方法来达到了提高冲力的作用。

该技术在实际的应用过程中同样也存在一定的缺陷和优点。该技术的优点就是在于其能够充分地利用水力脉冲以及振动冲击技术的优势来提升了自身的破岩效率。并且在实际的应用过程中主要是利用了对应水力脉冲的作用来诱发机械进行振动，因此整体使用的结构也相对来说比较简单，应用起来也更加方便可靠。而其对应的缺陷就是在于其在实际的应用过程中基本上都是通过振动冲击力来实现钻井液的脉冲作用，但是对于一些岩石强度较高以及可钻性差的岩石来说采用该技术来进行破岩显然无法达到一个非常良好的效果，因此若是将该技术作用于此类环境中就无法拥有一个良好的效果。同时在振荡冲击的过程中腔室内的流体运行轨迹较为复杂和繁琐，其会受到固相含量以及地层砂等一系列物质的影响，从而容易受到钻井液冲蚀。

二、振动冲击钻井技术发展趋势

（一）增强技术适应性

这几年来随着我国的科学技术水平不断地提升以及发展，相关工作人员就需要对此类传统的钻井技术进行提升和优化，在传统的钻井过程中相关工作人员所采取的一系列钻井技术自身基本上都会存在一定的限制和约束，因此相关人员首先需要开展的一项工作就是对此类技术的适应性进行提升。在钻井的过程中，整体机械运行的速度需要得到有效地提高，在该基础之上同时还需要保证井身的质量也能够得到有效地控制和提升。在当前的技术水平之下，相关工作人员可以通过采取直井段钻井的提速技术来开展对应的工作，通过该方法来达到这样的效果是一种比较容易实现的技术[3]。而对于一系列造斜段以及水平井段来说，想要达到这样的效果就必须将传统所采用的技术进行结合和综合，一般来说就是需要将振动冲击提速工具进行优化和升级，以此来满足对应的钻井要求。可以通过轴扭耦合冲击提速技术与螺杆配合的方法来达到这样的效果和目的。

同时，随着当前油田勘探开发的不断深入以及进行，钻井需要朝着高温、高压以及高硬塑性的地层深入，在这样的背景之下采用传统的技术以及工具显然已经无法达到良好的效果，相关人员就必须对此类技术以及工具进行升级和优化，不断突破传统技术中存在的问题以及难关，有效地增强提速工具以及井眼尺寸的适应性，从而有效解决一系列技术难题。

（二）提高工具使用寿命

在传统的钻井提速运行过程中，对应的工具其自身的使用寿命会受到一定的影响，在不同的情况之下所产生的影响以及破坏也是各不相同的，若是相关工作人员无法有效对其自身的使用寿命进行控制以及提升，那么在工作一段时间之后内部的部件以及工具都会受到影响，从而就会影响到整体的钻井效率和质量。在振动冲击提速技术的运行过程中，其所采用的破岩方式与其他一系列传统的常规钻井会存在差异和区别，其基本上都是将钻井液的部分流体能量转换成为振动的冲击功，而其所产生的振动冲击力会直接施加到钻头上，通过这样的方式来提升了钻头自身的破岩能力[4]。在这样的一个过程中，振动冲击工具就需要非常良好的动密封条件，其内部所包含的各个冲击部件之间同样也需要具备良好的动密封条件，若是动密封条件较差，那么实际的使用寿命也就会大大降低。在高速的钻井液冲击作用之下，各个冲击部件自身所受到的钻井液的冲蚀效果是无法避免的，因此工作人员应当提升对应的密封性能，从而保证其自身的使用寿命。若是在长时间的冲蚀之下，密封性能失效，那么对应的井底振动冲击作用也就会失效，整体工具的寿命大大降低。因此相关人员也应当在未来的发展过程中注重提升此类核心部件的表面硬化技术，从而提升整体工具的使用寿命。

三、结束语

总而言之，在当前钻井行业发展的过程中，相關工作人员必须对此类传统的钻井提速技术进行优化和升级，在实际的运行过程中需要根据不同的实际情况来选择对应的技术，通过这样的方式来达到一个良好的钻井效果。在未来的发展过程中也需要针对其所存在的问题以及缺陷，不断对此类内容进行完善和优化，从而达到促进该行业更加繁荣发展的最终目标。

参考文献：

[1]穆总结，李根生，黄中伟，等.振动冲击钻井提速技术现状及发展趋势[J].石油钻采工艺，2020，v.42;No.249（03）：6-13.

[2]罗发强，于洋，李双贵，等.一种振动冲击钻井提速工具：，CN209724214U[P].2019.

[3]王敏生，光新军.智能钻井技术现状与发展方向[J].石油学报，2020，v.41（04）：133-140.

[4]王佳，董洪铎.石油钻井用液动冲击器研究现状及发展趋势[J].石化技术，2019，026（001）：216-216.