旋冲钻井技术在石油钻井中的应用

秦刚

摘要：随着我国经济建设规模不断扩大，生产生活水平的不断提高，对能源资源特别是石油资源的需求量急剧增加，因此对国内石油资源的开采有着极为紧迫的需求。但石油资源分布不均以及石油存储量过小等问题都制约着我国石油开采技术的进步与能源供应量的提高。为了降低石油开采难度，促进石油开采效率提高，有必要促进我国石油开采技术水平提升。

关键词：旋冲钻井，；石油钻井；技术应用

一、技术原理简述

（一）旋冲钻井技术原理

任何一项技术的实施，都有着自己的技术原理。加强对技术原理的分析，能更好地在实际工程中加强应用。就旋冲钻井技术而言，在石油钻井工程中应用时，其技术原理如下：主要是结合常规的旋转钻井技术的前提下，通过在钻头顶部位置安装冲击器，并采取不同的动力源（目前主要是液动和气动两种）将其带动之后，形成频率很高的冲击力，并向冲击器不断地施加压力，并传递到前端的钻头，这样在钻头快速旋转的同时达到冲击钻井的效果。

（二）冲击器的技术原理

冲击器在整个旋冲钻井技术施工中作为最为主要的部件，包含了配水、防回水、冲击和传递等部件。冲击器在运行过程中，首先是钻井液流或者气流进入冲击器之后，再从配水阀通过之后，从冲锤的上端经过，形成分流作用，最后达到冲锤头水槽中。由于流道被封死，钻井液的液体回收到堵塞而形成水击，当液体压强升高时，其冲锤就会形成快速运动趋势，在一定高度之后，其原来的通道就会关闭，并从下接头中流出，借助冲锤的惯性连续运动，在水击之后，就能确保在配水阀和冲锤的作用下快速下行。液压和上阀套互相作用之后，将与钻头发生碰撞，且这样的冲击过程会周而复始进行。

二、旋冲击钻井技术特点

（一）通过冲击器实现钻头对岩石的冲压，并在钻头本身旋转运动的带动下使岩石破碎，在岩石硬度较高，难以破碎的情况下，通常使用体积破碎法，而不是传统的研磨破碎法，这种方式能够有效提高冲钻效率，降低对钻头的损耗，节省人力物力。

（二）旋冲钻井技术利用高频冲击破碎的方式，时间短，使得岩石在极短破碎时间内不会产生岩性变化，同时钻头稳固性极高，一般不会产生偏斜力矩的情况，可以形成有利的井眼规则，保证钻井工作质量。

（三）旋冲钻井技术采用高频冲击破碎方式可以减少钻头研磨，提高钻头的使用寿命。值得注意的是，在钻井过程中要严格控制钻压与转速，实时观测钻柱实际受力情况，进而保证钻井效果。

三、气动旋冲钻井技术

（一）气动冲击器分类

根据配气方式可分为有阀式和无阀式两大类。有阀式指推动活塞上下运动的压缩空气是由配气机构的阀片控制的。无阀式潜孔锤是利用布置在活塞和缸体侧壁上的配气系统控制活塞往复运动。如图1所示的Gerald设计的空气锤结构，其具有独特的空气传输槽、导向部分、底阀等结构，可以使结构中的空气通道能够互相协同运作，交替驱动使空气锤活塞进行上下运动。

（二）气动冲击器主要特点

1、相比液动冲击器，气动冲击器的介质密度更低，其气柱的静压力更小，进而岩石更加容易破碎。

2、上升返回风速度相对较快，井底清理干净，岩屑不会出现反复破碎的现象。相对钻井成效更加显著，钻井速度是液动冲击器的2~5倍

3、气动冲击器既能使用空气这种压缩介质，同时也可以使用气液混合压缩介质组合应用。

四、液动旋冲钻井技术

（一）液动冲击器分类

液动冲击器依照驱动介质可以分为水力以及高压油两种。石油钻井主要以水力为驱动介质，其中又分别有阀式正作用、阀式双作用、阀式反作用还有射流式等。

（二）液动冲击器主要特点

1、和气动冲击比较而言，液动冲击提高了能量利用率，其动力设备比较小，燃料耗损较低。

2、设备使用人力较少。

3、驱动介质以钻井液为主，其携岩能力相对较强。

4、鉴于现阶段石油钻井普遍应用液动旋冲钻井技术，其石油钻探范畴适应性比较强。

五、旋冲钻井技术在石油钻井中的应用对策

（一）常见类型

1、气动

气动旋冲钻井技术的应用，主要是其冲击器将气动作为其动力源。按照其阀门类型来分类，抗压将其分成有阀类和无阀类两种冲击器。二者的区别就是上下运动中形成的压缩空气是否通过配气设备的阀片来控制。在利用气动冲击器进行旋转冲击式，由于介质的密度较低，所以能更好地便于对岩石的破碎。加上在钻井过程中不会形成重复性破碎，因而其具有较高的钻井效率。

2、液动

液动旋冲钻井技术的应用，主要是其冲击器将液动作为其动力源。在当前的深孔硬地层中钻井施工中的应用最为广泛。常见的有水力和高压油两种，其在钻井中主要是利用水作为驱动后介质，所以在燃料方面的消耗较低，加上其具有较高的利用率和较强的携带岩石的能力，设备投入也很少，因而在石油钻井施工中得到了广泛应用。常见的主要有吸射类、射流类以及阀式液力冲击器。尤其是阀式液力冲击器，在实际应用中，其所需的运动部件很少，一般井的深度和周围的压力不会对其的运行带来影响，并结合实际要求对钻井技术和井深等进行确定，并达到全面积破碎岩体的目的。

（二）应用思路

在石油钻井施工中加强旋转冲击钻井技术，目前主要是以液动旋转冲击钻井技术为主，因为气动冲击钻井技术在气在石油钻井施工中加强旋转冲击钻井技术，目前主要是以液动旋转冲击钻井技术为主，因为气动冲击钻井技术在气不管是采取哪种旋冲技术，都要切实注重冲击器的性能提升和优化，力求能够研发出不同直径范围内的设备，基于使用需求设计不同种类的产品，且要朝着多工艺的方向发展，才能更好地促进硬岩钻井问题的处理。在整个石油钻井领域中，目前应加大对其的科研投入力度，加强大单次冲击功的发展和研究，注重冲击器可靠性的提升和使用寿命的延长。而在

此基础上，还要对其应用范围进行不断的拓展，从直井逐步发展到定向井、大位移井等方面，并在冲击结构与参数上不断地优化和完善，才能更好地符合深部勘探工作的开展。DGSC型液动射流冲击器中的控制机构主要由双稳射流元件组成，借助双稳射流元件的附壁性与切换性，使得可控流体可以有序进入冲击器，促发活塞作有规律的冲锤往复动作。

DGSC型液动射流冲击器内部组建结构较为简单，在实际应用中运动部件相对较少，只有活塞冲锤进行运动，这种结构减少了冲击器在实际使用中的磨损情况，并不受钻井深度与围压的影响，进而较为适用于深井钻井工作。在实际使用中，旋冲钻井技术可以结合地层、井深、钻井技术等实际情况，调整冲击器性能参数，以提高冲击器的稳定性单次冲击功率，选择金属密封钻头，并配合硬质合金钻头，以提高大体积碎石效率。

结束语

综上所述，由于我国工业技术水平持续提高，对于石油的需求程度越来越大，石油钻井工程有着明显的进步。为了给石油钻井提供良好的钻井效率以及比较高的质量要求，石油钻井工程施工过程中使用的技术进行着不断更新换代，基于此，推动旋冲钻井技术可以普遍使用，进而还可以使石油企业的开采效益得到显著提升，旋冲钻井技术的应用以及研究有着非常重要的意义。

参考文献

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