液動(dòng)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(dòng)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(jìn)難的問(wèn)題也日益突出。而液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)正是解決硬地層鉆進(jìn)問(wèn)題的有效途徑之一。本文從液動(dòng)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(jī)理、工藝應(yīng)用實(shí)例等方面進(jìn)行了分析與探討。 </p><p>　　關(guān)鍵字：液動(dòng)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(guó)多個(gè)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(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。然而這種鉆探方式在遭遇較硬地層時(shí)，不僅施工周期長(zhǎng)、鉆進(jìn)成本高，而且也極大降低了鉆頭的使用壽命。液動(dòng)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(jìn)的最為有效的方法之一，尤其是在硬質(zhì)巖層鉆進(jìn)時(shí)，可大幅度的提高鉆進(jìn)效率、延長(zhǎng)鉆頭使用壽命，并明顯降低鉆

3、進(jìn)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(duì)解決硬質(zhì)巖層難以鉆井的難題以及加速油田的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，都有著極佳的效果。 </p><p>　　一、液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 </p><p>　　液動(dòng)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(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)新方法。該技術(shù)的設(shè)計(jì)思想最早起源于歐洲，并在上世紀(jì)相繼出現(xiàn)了一些簡(jiǎn)易的旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井工具。隨著近年來(lái)，高難度油氣田開(kāi)采所

4、占比例的增大，深井中遭遇硬質(zhì)巖層時(shí)破巖效果差、鉆進(jìn)效率低、鉆進(jìn)成本高等問(wèn)題正日益突出。因此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者和鉆井工程專(zhuān)家都加大了對(duì)液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，以解決上述鉆井中的難題。 </p><p>　　我國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)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(jìn)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(guò)大量的工程實(shí)踐證明，該技術(shù)是一種非常經(jīng)濟(jì)、高效的鉆進(jìn)方法。 </p><p>　　近年來(lái)，為加快液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的研究與發(fā)展，中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院還承接了國(guó)家863“高效破巖沖擊器的研制及旋轉(zhuǎn)工藝技術(shù)研究”項(xiàng)目。通過(guò)不斷的研究與改良，液動(dòng)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(dòng)射流沖擊器在井下的工作壽命已超過(guò)了120小時(shí)，最大井深已達(dá)到4000m以上。 </p>

6、;<p>　　二、液動(dòng)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(gè)液動(dòng)沖擊器，從而使鉆井過(guò)程中鉆頭能在一定的鉆壓條件下，隨著鉆桿進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使鉆頭在鉆壓P、旋轉(zhuǎn)力F和脈動(dòng)沖擊力F（t）的聯(lián)合作用下迅速破碎驗(yàn)收（如下圖1所示）。由于脈動(dòng)沖擊力是一種加載速度極快的動(dòng)荷載，以此可使的

7、鉆頭齒下的巖石的接觸應(yīng)力瞬間達(dá)到極高，有利于巖石形成裂隙并擴(kuò)展破碎，從而提升了鉆進(jìn)破巖的效率。 </p><p>　　2.液動(dòng)射流沖擊器的工作原理 </p><p>　　液動(dòng)射流沖擊器是以一個(gè)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(diǎn)，通過(guò)控制沖洗液進(jìn)入沖擊器活塞的上腔與下腔，從而使活塞沖錘被推動(dòng)而上下往復(fù)的運(yùn)動(dòng)做功。液動(dòng)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(gè)部分所組成。 </p><p>　　液動(dòng)射流沖擊器主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：沖擊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，且零部件少，除沖錘和活塞以外沒(méi)有其它的運(yùn)動(dòng)零件或易損零件，因此鉆具的使用壽命長(zhǎng)、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(jìn)；由于牙輪鉆頭切削齒的磨損對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的破巖效果影響較小，這也有利于提高鉆頭使用后期的機(jī)械鉆進(jìn)速度。 &

9、lt;/p><p>　　三、應(yīng)用實(shí)例與技術(shù)展望 </p><p><b>　　1.應(yīng)用實(shí)例 </b></p><p>　　本文為比較液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)的工藝效果與技術(shù)特點(diǎn)，利用普通旋轉(zhuǎn)鉆井工藝與液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井進(jìn)行了比較。其中，試驗(yàn)井段為960m以下的地層，地層的抗壓強(qiáng)度為150～180MPa。液動(dòng)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(dòng)射流沖擊器型號(hào)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(dòng)沖擊器的沖擊功在破碎泥巖時(shí)選擇150～286J，在破碎砂巖時(shí)選擇124～407J。在整個(gè)鉆井過(guò)程中，鉆進(jìn)的有效工作時(shí)間為35小時(shí)，進(jìn)尺距離178.54m，平均機(jī)械鉆速達(dá)到了5.08m/h。和同井下井段（909～1215m）非旋沖鉆井工藝相比，液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井工藝在機(jī)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)證明，液動(dòng)沖擊旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)能明顯提高油田硬質(zhì)巖層的機(jī)械轉(zhuǎn)速，并且能良好適應(yīng)油田深孔鉆進(jìn)和高圍壓的工作條件，是一項(xiàng)極具生命力的新型鉆井技術(shù)。隨著液動(dòng)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(gè)方面： </p><p>　　2.1

12、液動(dòng)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(shí)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(dòng)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(jìn)效率。 </p><p>　　2.3沖擊器在設(shè)計(jì)上將由傳統(tǒng)的類(lèi)比設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，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(dòng)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(shí)例分析了該技術(shù)在石油鉆井中的具體應(yīng)用。隨著液動(dòng)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(dòng)沖擊選擇鉆井技術(shù)必然會(huì)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(jià)值，從而為