张鑫1 徐磊2 窦占强3 黄建鑫4
4.渤海钻探工程有限公司国际工程分公司，天津 300450
2. 辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110000
3. 渤海钻探工程有限公司工程技术研究院，天津 300450
摘要：随着近些年社会发展对于石油需求量的不断增加，在石油开采中对于钻井技术也提出了更高的要求，旋冲钻井技术在石油钻井中的应用能够有效提升开采效率。基于此，本文就石油钻井中旋冲钻井技术的具体应用及其前景进行了分析，仅供参考。
关键词：旋冲钻井技术；石油钻井；应用
石油是现代社会发展的重要能源，石油经过开采、提炼之后能够生产处航空汽油、汽车汽油、航空煤油、柴油等，这些产物不但能够作为燃料使用，同时还能够广泛的运用到塑料生产以及基础建设等领域。因此，石油需求量越来越大。随着浅表油层的开采步入尾声， 在深层储油层的开采过程中，连续且坚硬的岩层是钻井阶段最大的阻碍。旋冲钻井技术在钻头旋转运动的同时采用气动或液压的形式推动钻头向下运动，在保护钻头的同时，提升了岩层破碎效果。不同于研磨破碎，冲击加研磨的形式能够有效破坏岩层的整体结构，为油田的开采缩短准备时间。
1．旋冲钻井技术的实际应用
关于冲击钻的使用最早可以追溯到20 世纪初，旋冲钻井技术有效弥补了旋转钻头和冲击钻头的不足，解决了两种钻井设备来回切换的问题。自问世以来，旋冲砖井设备在各行各业得到了广泛的运用。尤其是在坚硬物质的破拆过程中成效突出。目前，在石油开采过程中，旋冲钻井设备主要有两种动力形式，分别为气动和液压两种。以上两者均具备清洁度高、能耗低、原料获取简单等特点。以下将分别就气动和液压控制的旋冲钻井设备进行详细介绍。
1.1 气动旋冲钻井设备
相比于液压旋冲钻井设备而言，气动旋冲钻井设备问世时间更早。早在20 世纪中期，气动旋冲钻井设备就已经被广泛的应用到钻井中来。利用压缩空气产生巨大的气压，以活塞的形式将位于钻头初出的冲击器向下冲击，随后，剩余的空气有能够使活塞向上复位。相比于液压装置而言，气动控制的旋冲设备动力更加强劲，冲击力度能够随气压大小的变化而不断改变。直到目前，气动旋冲钻井设备仍然被世界各国所广泛运用。除动力强劲外，气动装置在冲击器完成冲击的瞬间会向下方产生一定强度的气流，适当活塞内部压力。而这一部分气流又能够将冲击过程中产生的岩石粉末冲刷干净。保证冲击面的整洁，为下一次冲击准备良好的表面环境。但气动旋冲钻井设备在工作过程中需要不断的进行空气压缩，对电能的消耗量大。
1.2 液动旋冲设备
液压装置主要通过液压管内的液体作为驱动介质推动阀门双向运动。液压旋冲设备虽然动力不去气动旋冲设备，但整体而言综合性能优良，对能源的消耗量低下，相关配套设备数量更少。其价格也明显高于气动旋冲设备。不均是气动旋冲设备还是液动旋冲设备，二者在做工方式和内部结构上大同小异。以气动式旋冲设备为例，活塞随气流的的上下运动而带动冲击器运动。最早的气动旋冲设备均为有阀式，利用阀门控制活塞运动。随着机械化水平的提升，压缩缸内的结构设计日益精密，在缸体内壁有配气系统能够帮助活塞完成上下运动。
1.3 DGSC 型液动射流冲击器
1.3.1 液动射流冲击器动力充足
液动射流冲击器在传统气动旋冲设备和液动旋冲设备的基础上进行了全面改进，在动力上不属于气动冲击器，在能耗方面明显优于液动冲击器。
在液动冲击器的基础上更换了阀门控制，改为射流控制，利用水流动力学在帮助活塞实现复试功能的基础上降低对活塞下落的组成，冲击器也能够获得更大的动能。
1.3.2 功能稳定
射流冲击器的功能相对稳定，内部专门设计的分流孔能够在设备突然停机时，快速释放内部压力，避免完成内部活塞位置异常，影响下次启动。河流冲击器的研发充分考虑了液动冲击器在使用过程中容易出现的故障，通过对内部腔室的结构优化实现水流动力的可持续驱动。
1.3.3 使用面广
液动射流冲击器应当轻松应对花岗岩、细砂岩、石英岩等硬度不同、体积不同的岩层。能够轻松应对地下3000m 以内的深层钻井作业。通过实验室研究，针对不同的岩层硬度和深度，只需要对钻头的转速和射流的流量进行调试，适当调整转速比。在实际应用中，该型冲击器功能稳定，故障率低下，冲击、破碎效果良好。
2 旋冲钻井技术在石油钻井中的发展前景
2.1 智能化远程控制
随着计算机技术的发展，将电气系统同计算机设备结合起来。完善液动射流冲击器的冲击功测量，通过外部传感器建设，实现对冲击器做功情况的远程监测。通过完善对液动冲击功的测量，不断优化冲击器的做功设计，尤其是内部腔室的设计，内部腔室越大，对水流动力学的影响就越大。现阶段主流冲击功测量方法有应力波测量、霍尔传感器测量和电磁感应发。通过完善冲击器做功测量，实现液动射流冲击器的动态控制。
2.2 打造冲击器产品和功能的多样化
随着我国机械化水平的提神，冲击器的设计和研发能力进一步增强。值得注意的是，现阶段我国自主研发的冲击器只能够在3000m 深度以内正常使用，超过3000m 深度我国现有的冲击器就难以胜任。不断完善设计理念和功能，完善配套体系建设，实现钻井深度的不断突破。随着长期的石油开采，我国石油开采深度将会不断提升，因此必须加快高性能冲击器的研发速度。
2.3 丰富钻头设计
钻头是整合旋冲设备的核心，首先应当不断促进钻头质量的提升。创新钻头材质研究，采用复合型材料，在提升钻头耐腐蚀性的同时，提升钻头的整体强度。在钻头型号和规格上，结合具体钻井工作和其他行业的需要，不断丰富钻头的型号，促进岩石破碎成功率的提升。
2.4 加强模拟试验
液动射流冲击器的研发标志着我国已经具备较强的冲击器研发能力，然而，整体上来看，我国旋冲设备的创新程度还不高。根源在于我国研发团队实验数据不足，对冲击器做功形式的认识不够全面。因此，通过模拟实验，分析冲击器在工作过程中的做功特点，不断调整参数，实现冲击器功能的最大化。
3 结束语
由此可见，石油作为“工业的血液”，在不同条件下，提炼出来的产物也不一样，其用途比较广泛，并且与人们的生活息息相关，因此，石油开采企业需要在保障施工人员安全的情况下，不断的提高开采效率，从而满足人们对石油的需求。在石油开采过程中，施工人员应将旋冲钻井技术合理的运用到石油钻井中，从而提高钻井效率，提升钻眼的质量，确保石油开采作业顺利完工，进一步推动我国国民经济的发展。
参考文献：
[1]任林波, 王亚文, 张小勇. 旋冲钻井技术在石油钻井中的应用研究[J]. 化工管理, 2019, 527(20):212-213.
[2]李小爱. 旋冲钻井在塔河工区超深井段的应用[J]. 化工设计通讯, 2020, 211(01):256+258.
[3]范莆钰. 石油钻井中旋转冲击钻井技术的应用研究[J]. 中国化工贸易, 2019, 11(002):128.
作者简介：
张鑫（1984-02），男，渤海钻探工程有限公司国际工程分公司，中级工程师；研究方向：石油工程。