旋冲钻井技术在石油钻井中的应用

吴宏利

中国石油天然气有限公司渤海钻探定向井技术服务分公司

摘要：旋冲钻井作为一项用于解决钻井破岩效率低、缩短钻井工期时间而研发的新型石油钻井技术，相比于超高压喷射钻井、脉冲空化射流钻井等其他深层钻井技术，旋冲钻井技术有着设备结构简单、前期投入规模小的优势，综合应用效果显著。与此同时，考虑到旋冲钻井技术的大规模推广应用时间有限，理论基础与技术经验尚需进一步积累完善。因而，对旋冲钻井技术应用问题的深度研究是十分必要的，是取得最佳技术应用效果的关键。

关键词：石油；钻井；旋冲钻井技术；应用

引言

在开发油田进行钻探工作时受到地质影响极易出现地层较硬的问题，传统钻井技术大部分都是利用牙轮状钻头将其与PDC钻头相互配合，来进行油田旋转钻井工作。这种钻井技术在碰到较硬的地层时，需要的钻井时间较长、成本较高，对钻头使用年限会产生影响。而液动冲击旋转的油田钻井技术可让硬质层难以钻井的问题得到有效解决，遇到较硬的岩层时，这一技术可利用自身冲击优势提高油田钻井成效，降低和维护油田钻井以及石油企业投入成本。因此，需要在建设和开发油田过程中，对这一钻井技术进行推广，有效提高硬质岩层钻井效果

1旋冲钻井的原理

随着钻井技术的不断成熟，传统旋转钻井技术已经无法满足开采要求，为了解决传统旋转钻井技术存在的问题，旋冲钻井技术得以在市场中应运而生。与传统旋转钻井技术相比，旋冲钻井技术可利用冲击器加快钻井作业速度，有助于提升钻井效率。以实际钻井工作为例，钻井人员可在井底安装冲击器，利用动力装置驱动冲击器工作，并且也可将冲击器安装在岩芯管上端，有助于提升钻井效率。在钻井时，作业人员可通过使用钻井液、高压气体等作为力传递的媒介，确保冲击器可以反复进行冲撞运动。随着钻头撞击频率的增加，在冲击载荷的作用下，岩石会被钻头的静压旋转作用击碎。即便岩石的硬度比较大，在旋冲钻井技术的作用下岩石外表层会出现裂痕，随着冲击力的进一步作用，裂缝程度会逐渐增加，从而呈现出破碎状态。

2技术特点

相比于其他深层钻井技术，旋冲钻井技术具有采取体积破碎方式、钻头磨损量小、同步起到钻头冲击和旋转切削作用、钻柱受力均匀、运动频率高的特点。例如，钻头磨损量小特征体现为，旋冲钻井技术采取高频冲击破碎岩石体积的方式来取代传统的研磨破碎方式，在钻头与液动/气动冲击器共同作用下，向钻头钻进期间遇到的大体积岩石施加较大的冲击力，在其作用下使岩石应力出现快速提升现象，在应力接近或超过岩石自身强度极限时出现脆性变化的现象，岩石在冲击作用下出现体积破碎情况，钻头与大体积岩石的实际接触次数有限，不会在钻井期间产生过大的磨损量。钻柱受力均匀特征主要表现在选用的钻机与液动/气动冲击器的工作参数可调节，工作人员在钻井期间始终保持恒定、适当的钻压与速度，以此来保证钻柱受力均匀状态和井眼规则性，避免钻头偏斜、井斜等问题的出现。

3旋冲钻井技术在石油钻井中的应用

3.1液动冲击旋转石油钻井技术

该试验所采用的油井属于一口预探井，井内含有大量CO2，压力较高，钻井深度在3800m左右，油井内不可控指标较多，钻井中极易出现与预计有差异的情况，土层主要以细砂岩居多，地层并不稳定，软硬交错，地层实际抗压强度为158mPa左右，井壁存在坍塌程度较高、稳定性差特征，可钻性不高。选择的液动旋转射流冲击器类型为YSC-178，钻杆直径则为127mm，破碎砂岩时使用的攻击功为125J~400J。钻井井段在3548.72m左右时，钻井参数如下：钻压180kN，排量为27L/s，进尺10.4m，钻井时间12.8h。钻井井段在3576m~3582m时，钻压180kN，排量则为29L/s，YSC-178液动射流钻井数据统计见表1。在使用YSC-178型射流冲击器进行钻井时，由表中数据可发现钻速在持续上升，处于正常液动冲击器使用范围内，排量参数变化情况也处于正常范围内。井深大于3598m，钻压呈现明显下降趋势，不过钻压虽然减少，但是对冲击器井斜以及钻柱弯曲程度带来一定作用力，但是实际影响并不高，这也因为在实际试验中，使用的220mm的射流冲击器，钻具有较为优异柔性。

3.2双井导向钻井技术

在导向钻井技术中，细分出了很多类型，在垂直井和水平井对接、多水平井等距导向等方面产生了新技术，其技术路线为：一是垂直井先钻至制定油层部位，在该垂直井井底处为靶向目标，再通过水平导向技术穿过页岩油开采层，在垂直井井底完成对接；二是在稠油类油层开发中，在一个开采层中钻水平井，此水平井作为主力开采层位，再选择此水平井平行的下方层位钻出同样的水平井、作为注入热介质的井，两井等距保持。双井导向钻井技术在页岩油地层中具有广阔应用前景。

3.3钻井液固相控制系统

石油企业在对钻井过程中的泥浆进行处理时，可以通过运用钻井液固相控制系统对钻井泥浆进行处理，钻井液固相控制系统主要包括除泥器、除沙器和离心器等很多固控设备，相关工作人员在进行泥浆处理时，通过控制固相控制系统对钻井泥浆进行优化，可以提升钻井泥浆环保处理技术对泥浆的处理能力，并且还可以对钻井过程中的各项污染物进行有效的控制，保证钻井所排放的废弃物都能够符合相关废弃物安全环保标准，而且排放的废弃物都是无害的。在钻井施工过程中，运用钻井液固相控制系统对钻井液进行处理时，需要构建闭合回路系统对钻井液进行高效的处理，通过在总体的钻井的过程中对含有分散性钻井液进行处理，通过排出少量的施固相物体，可以有效的避免钻井液流体的排出现象，从而达到理想的处理效果。此外在实际的钻井施工过程中，废弃钻井液固相分离和液相分离是钻井过程中最重要的处理项目，这种处理项目需要借助化学方式对钻井施工中的泥浆进行处理，工作人员通过钻井施工的实际情况，选择出合理的混凝剂对钻井液中的悬浮颗粒进行有效的处理，然后对钻井液进行催化氧处理，提升钻井泥浆环保技术对钻井液中的胶体和悬浮颗粒的处理效果，从而提升泥浆处理的质量。

3.4气动

在应用气动旋冲钻井技术时，冲击器需要搭配气动动力源。根据阀门类型不同，气动冲击器可分为有阀类和无阀类两种类型。对于上述两种冲击器，主要区别是冲击器是否配备有调气阀片。在气动冲击器的作用下，其可以用旋转的方式对岩石进行冲击，并且岩屑不会出现反复破碎，冲击效果与钻井效率可以得到显著提升。

结束语

综上所述，石油这一资源对我国发展和改善人们生活质量有极大价值，但是石油属于不可再生、非常有限的资源，大部分石油资源所处的地质岩层都较硬，很难落实石油开采项目，所以我国石油开采见效慢，开采率低。在开采和钻井过程中，地质层经常会出现不规则、软硬交替的情况，对钻井与开采进程都有一定影响，需要推广和运用液动旋转冲击技术来进行石油钻井作业，利用水力或者高压油来形成冲击力冲击岩层，让岩层可以顺利破损。目前，旋转冲击技术已经基本上可以满足钻井需求，随着经济发展和时间推移，石油钻井工程对钻井成效要求也会提高，为保证液动冲击技术能够持续发展，需要进行深入研究、改进和创新。

参考文献

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