液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用解析

1、<p>　　液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用解析</p><p>　　摘 要：隨著當(dāng)前石油鉆井向著更深、更廣的方向發(fā)展，鉆井的難度正逐漸加大，深部硬地層鉆進難的問題也日益突出。而液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)正是解決硬地層鉆進問題的有效途徑之一。本文從液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，并就其具體工作機理、工藝應(yīng)用實例等方面進行了分析與探討。 </p><p>　　關(guān)鍵字：液動沖擊旋

2、轉(zhuǎn)鉆井技術(shù) 石油鉆井 應(yīng)用 發(fā)展 </p><p>　　當(dāng)前，在我國多個油田鉆探工作中都遇到了較硬的地層情況。而傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)主要是采用牙輪鉆頭并配合PDC鉆頭進行旋轉(zhuǎn)鉆進。然而這種鉆探方式在遭遇較硬地層時，不僅施工周期長、鉆進成本高，而且也極大降低了鉆頭的使用壽命。液動沖擊旋轉(zhuǎn)技術(shù)作為目前解決油田硬質(zhì)巖層難以鉆進的最為有效的方法之一，尤其是在硬質(zhì)巖層鉆進時，可大幅度的提高鉆進效率、延長鉆頭使用壽命，并明顯降低鉆

3、進成本。因此，在當(dāng)前油田建設(shè)中積極推廣和應(yīng)用該鉆井技術(shù)，對解決硬質(zhì)巖層難以鉆井的難題以及加速油田的開發(fā)進程，都有著極佳的效果。 </p><p>　　一、液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)是在常規(guī)鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上，所發(fā)展而來的一項新技術(shù)新方法。該技術(shù)的設(shè)計思想最早起源于歐洲，并在上世紀(jì)相繼出現(xiàn)了一些簡易的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具。隨著近年來，高難度油氣田開采所

4、占比例的增大，深井中遭遇硬質(zhì)巖層時破巖效果差、鉆進效率低、鉆進成本高等問題正日益突出。因此，國內(nèi)外眾多學(xué)者和鉆井工程專家都加大了對液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的研究與開發(fā)，以解決上述鉆井中的難題。 </p><p>　　我國從上世紀(jì)70年代開始，即在固體礦床勘探鉆井中研究該技術(shù)，并于80年代左右正式進入了推廣應(yīng)用階段，該技術(shù)也被列為了固體礦床三大重要鉆探技術(shù)之一。在90年代左右，該技術(shù)被引用到了油氣田鉆井領(lǐng)域當(dāng)中。而且經(jīng)

5、過大量的工程實踐證明，該技術(shù)是一種非常經(jīng)濟、高效的鉆進方法。 </p><p>　　近年來，為加快液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的研究與發(fā)展，中國石化石油工程技術(shù)研究院還承接了國家863“高效破巖沖擊器的研制及旋轉(zhuǎn)工藝技術(shù)研究”項目。通過不斷的研究與改良，液動射流沖擊器的破巖效率及工作壽命均得到了明顯提高。就目前而言，新型的液動射流沖擊器在井下的工作壽命已超過了120小時，最大井深已達到4000m以上。 </p>

6、;<p>　　二、液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的工作原理 </p><p>　　1.旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井的破巖的工作原理 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)沖擊破巖的基本原理是鉆頭上部增加一個液動沖擊器，從而使鉆井過程中鉆頭能在一定的鉆壓條件下，隨著鉆桿進行旋轉(zhuǎn)，使鉆頭在鉆壓P、旋轉(zhuǎn)力F和脈動沖擊力F（t）的聯(lián)合作用下迅速破碎驗收（如下圖1所示）。由于脈動沖擊力是一種加載速度極快的動荷載，以此可使的

7、鉆頭齒下的巖石的接觸應(yīng)力瞬間達到極高，有利于巖石形成裂隙并擴展破碎，從而提升了鉆進破巖的效率。 </p><p>　　2.液動射流沖擊器的工作原理 </p><p>　　液動射流沖擊器是以一個雙穩(wěn)的射流元件作為控制系統(tǒng)，并利用雙穩(wěn)元件的切換與附壁的特點，通過控制沖洗液進入沖擊器活塞的上腔與下腔，從而使活塞沖錘被推動而上下往復(fù)的運動做功。液動射流沖擊器主要由射流元件、缸體、外缸、活塞、沖錘、

8、八分套、上接頭、下接頭等幾個部分所組成。 </p><p>　　液動射流沖擊器主要具有以下幾個方面的特點：沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，且零部件少，除沖錘和活塞以外沒有其它的運動零件或易損零件，因此鉆具的使用壽命長、工作性能可靠；沖擊器的工作條件不易受到溫度、密度、壓力和介質(zhì)黏度等外界因素的影響，因此非常適合于深部鉆進；由于牙輪鉆頭切削齒的磨損對旋轉(zhuǎn)鉆進的破巖效果影響較小，這也有利于提高鉆頭使用后期的機械鉆進速度。 &

9、lt;/p><p>　　三、應(yīng)用實例與技術(shù)展望 </p><p><b>　　1.應(yīng)用實例 </b></p><p>　　本文為比較液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的工藝效果與技術(shù)特點，利用普通旋轉(zhuǎn)鉆井工藝與液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井進行了比較。其中，試驗井段為960m以下的地層，地層的抗壓強度為150～180MPa。液動沖擊旋轉(zhuǎn)工藝所采用的鉆具主要為：鉆頭是215.9

10、mm的J11鉆頭，液動射流沖擊器型號為YSC-178，直徑127mm的鉆桿。旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井的沖擊頻率為15～20Hz，液動沖擊器的沖擊功在破碎泥巖時選擇150～286J，在破碎砂巖時選擇124～407J。在整個鉆井過程中，鉆進的有效工作時間為35小時，進尺距離178.54m，平均機械鉆速達到了5.08m/h。和同井下井段（909～1215m）非旋沖鉆井工藝相比，液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井工藝在機械鉆速上，有很大程度的提高。 </p>

11、<p><b>　　2.技術(shù)展望 </b></p><p>　　通過現(xiàn)場工程試驗證明，液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)能明顯提高油田硬質(zhì)巖層的機械轉(zhuǎn)速，并且能良好適應(yīng)油田深孔鉆進和高圍壓的工作條件，是一項極具生命力的新型鉆井技術(shù)。隨著液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的不斷完善，該技術(shù)在石油鉆井中還有著更為廣泛的應(yīng)用與發(fā)展空間，并主要表現(xiàn)在以下幾個方面： </p><p>　　2.1

12、液動射流沖擊器將逐步完善，以更加適應(yīng)高黏度、高比重的油田鉆井體系。同時射流沖擊器將逐步形成系列化的產(chǎn)品，以滿足油田鉆井中不同井深和不同井徑的需要。 </p><p>　　2.2液動射流沖擊器將由小的單次沖擊功，逐步向大單次沖擊功發(fā)展，以滿足深孔大體積碎巖的需要，從而大幅度提升硬質(zhì)巖層的鉆進效率。 </p><p>　　2.3沖擊器在設(shè)計上將由傳統(tǒng)的類比設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C輔助設(shè)計，從

13、而使其結(jié)構(gòu)形式與工藝參數(shù)更加科學(xué)、合理。 </p><p><b>　　總結(jié)： </b></p><p>　　本文從液動沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和工作原理出發(fā)，并結(jié)合實例分析了該技術(shù)在石油鉆井中的具體應(yīng)用。隨著液動射流沖擊器研究的不斷優(yōu)化，以及配套鉆頭與配套鉆井工藝的日益完善，液動沖擊選擇鉆井技術(shù)必然會在石油鉆井中有著更為廣闊的應(yīng)用空間，與更加重要的應(yīng)用價值，從而為