近年来, 随着我国对石油需求量的不断增加, 石油钻井工程发展的越来越繁荣, 在这个过程中, 石油钻井的各项要求越来越高, 为了充分的满足各项要求, 应用了冲击回转钻进。在应用了此项技术之后, 石油钻井的效率得到了大大的提升, 同时, 钻具、钻头的寿命也到了延长, 从而使企业的效益显著的提升。基于此, 在石油钻井工程中, 冲击回转钻进得到了广泛的应用。
1 冲击回转钻进概述
所谓冲击回转钻进, 是指利用专门的冲击器和钻机回转器共同驱动钻头破碎孔底岩石的钻进方法[1]。从特点上来看, 冲击回转钻进具备三方面的特点, 一是钻进效率高, 尤其是岩石的坚硬程度比较高的岩层中, 其所具备的钻进效果更为明显, 与回转钻进相比, 冲击回转钻进所具备的效率要显著的高出几十倍;二是钻头寿命长, 在其工作的过程中, 钻头承受的磨损性降低, 从而延长钻头的寿命;三是钻孔偏斜等问题得到了有效的预防, 提升了钻孔的质量。
冲击回转钻进有两种, 一种是液动冲击器, 从19世纪60年代开始研发, 在随后的几年时间里, 液动冲击器的种类增加, 并且用到了石油钻井中;一种是气动冲击器, 从20世纪30年代中期开始研究, 气动冲击回转钻进研制成功之后, 得到了比较好的应用, 在40年代末, 美国在进行矿山开采时应用了气动回转钻进方式。随后, 气动回转钻进无论是在理论方面还是在技术实践方面, 均取得了快速的发展。
2 石油钻井中冲击回转钻进的应用
2.1 增加岩石的破碎效果
在岩石破碎力学的研究中发现, 岩石的硬度包含另种, 一种是动硬度, 一种是静硬度, 这两种硬度相比, 动硬度更低一些, 在冲击荷载作用下, 与岩石的静压入强度相比, 比荷载要高出很多[2]。将冲击器连接在钻头上, 这样一来, 钻头所具备的周期性冲剂荷载显著的增加, 在岩石接触到钻头时, 接触的时间非常短, 而且接触应力升的非常快, 达到最大值仅需一瞬间, 这样一来, 岩石的塑性变形基本不会产生, 不过, 岩石的脆性可以显著的增加。当冲击荷载不断的增多时, 岩石内部的分子会开始产生振动现象, 由此产生综合应力, 进而促使应力集中, 在荷载和应力的作用下, 岩石的裂隙会发生扩张, 从而显著的增加岩石的破碎效果, 这与普通的钻进相比, 所具备的速度更快。
2.2 降低钻头的磨损性
在传统的钻进方法中, 通过钻压来实现岩石破碎, 在这种方法中, 钻头受到的磨损度比较大, 当钻压越大时, 钻头的磨损性越高, 进而影响到钻头的使用寿命, 尤其是在硬地层中, 钻头的使用寿命更短。而在冲击回转钻进中, 主要的作用是钻头压持, 钻压作用是比较小的, 在钻头压持中, 钻头仍然会受到一定的冲击, 不过从本质上来说, 这与跳钻是不相同的, 这种冲击的频率非常高, 冲程比较短, 对钻头的影响比较小, 这样一来, 钻头的磨损性就会比较小, 延长了钻头的使用寿命, 同时, 也提升了岩石的破碎效果。
2.3 钻井井身的质量提升
在石油钻井中, 经常会遇到深井或者是硬地层, 传统的钻进方法在钻进时, 主要的做法就是加大钻压, 或者将转盘转数提升, 这种方法将会在很大程度上降低钻头的使用寿命, 同时, 也非常容易产生井斜问题。钻压对转盘的转数有着很大的限制作用, 受到这种作用的影响, 岩石变形受到抑制, 岩石完全破碎的效果并不容易达到。对于钻进来说, 岩石的破碎效果必须要达到比较好的程度, 为了实现这个, 就需要将比载荷增大, 钻头允许钻压限制着比载荷, 因此, 在深井或者是硬地层中, 钻进的的速度就会受到比较大的影响。在应用了冲击回转钻进之后, 上述问题可以得到有效的解决, 通过较高的比载荷、较短的岩石接触时间, 使岩石的破碎效果达到理想状态, 从而有效的提升钻井井身的质量[3]。
2.4 保证井底的清洁度
传统的钻进方法中, 射流为连续射流, 而在冲击回转钻进中, 对这种射流方式进行了调节、聚集, 转变为高压脉冲射流, 形成了脉冲高速运动水团, 在这种水团中, 形成的冲击荷载是非常大的, 并产生非常大的动能, 进而达到理想中的岩石破碎效果。同时, 还能够保证井底清洁。
2.5 符合石油钻井的工业要求
在石油钻井工程中, 钻井是比较深的, 而且钻具也比较长, 钻柱的内径与井壁之间的比值是比较大的, 通过长钻具的应用, 储能缓冲作用将会增强, 地面设备受到的水击压力非常小, 由此一来, 无论是抗压强度方面, 还是工具接头牢固的密封性方面, 钻具都非常好。对于泥浆泵的功率, 石油钻井要求非常高, 现阶段的冲击回转钻进方法能够充分的满足要求。
3 结语
通过冲击回转钻进的应用, 石油钻井所具备的钻井速度显著的提升, 而且钻井效率、质量等也得到了显著的增强, 促进了石油钻井的快速发展。现今, 冲击回转钻进还发展的不完善, 我国还需要加大研究的力度, 促进此种方法在石油钻井中的进一步应用, 并拓宽其应用范围。
摘要：在经济及社会繁荣发展的进程中, 我国工业的水平也不断地提升, 工业发展的过程中, 对石油的需求量是非常大的, 由此一来, 推动了石油钻井工程的发展。石油钻井工程中应用了冲击回转钻进技术, 显著的提升了钻井的效率和质量, 因此在石油钻井中得到了广泛的应用。本文在介绍冲击回转钻进概念的基础上, 阐述了石油钻井中冲击回钻进的应用。
关键词：冲击回转钻进,石油钻井,应用
参考文献
[1] 唐大勇.冲击-回转钻进在复杂岩层中的应用[J].煤矿机械, 2013, (06) :201-202.
[2] 赵立新, 潘峰.冲击回转钻进工艺在易斜地层中的应用[J].西部探矿工程, 2010, (05) :72-74.
[3] 李彦明.冲击-回转钻进工艺在超硬岩层中的应用[J].煤矿机械, 2011, (03) :210-212.