石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用研究

作者:未知

  摘要:随着我们国家工业技术水平的不断进步,国家对于石油需求的质与量都不断提高。为给石油钻井工程提供良好的技术支持,我国对石油钻井技术的研究不断深入,旋转冲击钻井技术作为一项新技术,正在不断被应用与改进。文章主要从概念、特点、原理、应用及发展前景几个方面对旋转冲击钻井技术进行概述、分析及探讨。
  关键词:石油钻井;旋转冲击;钻井技术;应用
   1 旋转冲击钻井技术概念及其特点
  旋冲钻井就是在普通旋转钻井钻头上部安装一个冲击器(分为液体冲击器及气体冲击器)。冲击器是一种井底功用机械,将钻井液压力能转变为高频冲击能,使钻头在一定钻压下随钻柱旋转的同时,受到冲击器高频冲击力的作用,在旋转和冲击共同作用下破碎岩石,提高破岩效率。
  旋转冲击钻井技术具备以下几个优点:1旋转冲击钻井实际是体积破碎,非传统研磨破碎,进而效率得到了较高的提升;2可以减少钻头的磨损,进而提升钻头使用寿命;3旋转切削与钻头的冲击同时作用于岩石上,使其快速破碎;4冲击破碎运动频率高,保证钻头不容易受到磨损,从而形成标准、规则的钻进眼;5钻探进程的钻压与其速度不快,促使钻柱受力均匀。
   2 旋转冲击钻井技术在石油钻井中的应用
   2013年,甘肃地区利用旋冲钻井技术完成了第一口探索井竣工,同年四川地区应用旋冲钻井技术实现了2681.15m深的探井。由此可见,利用旋冲钻井技术能够很大程度上提高钻井成效,减少勘探成本,缩减钻井时间,旋冲钻井技术具备很强的实用性。目前,在石油钻井中主要采用液动旋转冲击钻井技术以及气动旋转冲击钻井技术。
   2.1 液动旋转冲击钻井技术
  在液动旋转冲击钻井技术施工中起主要作用的是:液动冲击器,其运作主要介质是钻井液。液动冲击器在石油钻井中的主要驱动介质是:高压油、水压以及水力。液动冲压器具备能量消耗低、工作效率高、需要设备少等优点,使得其在石油钻井的应用较为广泛。由于液动旋转冲击钻井技术在运作时需要的运动部件少,而且不受井深与围压影响,其具体参数可以针对钻井技术及围压等参数进行及时调整,以实现大面积破碎。
   2.2 气动旋转冲击钻井技术
  气动旋转冲击钻井技术施工中起主要作用的是:气动冲压器。根据配气方式可将气动旋冲钻井分为阀式气动旋冲钻井以及无阀式气动旋冲钻井两类。气动冲压器具有介质密度低和岩石易破碎的特点。但其也具有操作繁琐、成本较高等缺点,目前,我国气动旋冲钻井技术主要应用在于采矿工业且依然处于起步阶段、尚未发展成熟。
   2.3 冲击器工作基本原理
  液动冲击器最适合石油钻井的工作环境,现以液动冲击器为例,概述其基本原理如下:在冲击器启动后,钻井液通过上接头进入到冲击器当中,再经过上阀套进入到上配水阀当中,然后通过冲锤分流,先后经过中接头通孔与环空间隙,进入錘身和外壳中间的间隙,最终进入锤头当中的水槽。在这种情况下,因下配水阀与铁砧紧紧靠在一起,堵塞流道,高速钻井液于此处被堵,产生一定程度的水击,使液压快速提升,较高的钻井液压力使冲锤快速抬起,同时不断向上发生运动。在冲锤运行至某高度之后,使下阀与铁砧相脱离,冲击器下方原处于关闭状态的流道将打开,经铁砧与下接头后,钻井液从冲击器中流出。此时,对于冲锤,凭借惯性不断向上发生运动,到与上配水阀相抵为止,封堵从上接头流入上配水阀的通道。由于钻井液受堵,所以再次发生水击现象,在水击作用下,冲锤与上配水阀将同时快速向下运动。在运行一定行程之后,中接头对上配水阀有阻挡作用,使和冲锤之间相分开,受液压作用后,自动返回到和上阀套直接相抵触。但冲锤由于受到液压作用、惯性作用与重力作用,将继续向下运动,直到和铁砧相接触、碰撞为止,进而完成整个冲击的过程。因冲锤不断向下运动时,下配水阀同样处在下行状态,同时铁砧受冲锤的冲击作用后,流道将瞬间被堵,使整条钻井液的通路继续出现以上情形。以这样的方式不断重复这一过程,铁砧受到反复,具有周期性的持续冲击。
   3 旋冲钻井技术在石油钻井中的发展前景
  目前旋冲钻井技术在实际使用进程中仍然存在许多问题,需要持续不断的创新旋冲钻井技术,才能作为各个地域的石油钻井更好的技术支撑。旋冲钻井技术的发展方向可主要概括为:1对冲击器的改进。当前,我们需要加大对冲击器的研究,扩大其性能参数的调节范围,并根据冲击器的外观尺寸以及冲击功率大小、适应井段深度范围将其系列化,以提高冲击器的破岩效率和使用寿命,逐步攻克超深井硬岩钻井难题,同时研究适用于定位井、大位移井的冲击器,进一步扩大旋冲钻井技术的适用范围;2对冲击器的配套钻井泵、空压机、钻头等装置的改进。例如,采用新技术、使用新材料研发出更加合理的、具备更高科技含量的旋冲钻井钻头,来进一步提升工作效率;3引入计算机模拟仿真系统。应用计算机模拟仿真技术模拟冲击器各个参数,了解冲击器的工作规律,根据精准的数据以及信息进行调整,使冲击器的机构及参数进一步优化、科学化,提升旋冲钻井技术的工作效果。
   4 结论
  综上所述,旋冲钻井技术有极为广泛的应用与发展前景,为解决我国对复杂地层钻井及超深钻井难题,提高效率,降低成本,我们需加大对旋冲钻井技术的及其配套设备的研究,将旋冲钻井技术形成一个成熟完善的钻井工艺。
  参考文献:
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