振動沖擊鉆井提速技術現狀及發展趨勢

劉凱 胡嘉

摘要：當今社會中的各行各業都在飛速地發展之中，而作為當今社會中非常重要的石油鉆井行業來說同樣也是如此。目前人們對于此類資源的需求量在不斷地提高和增加，而為了能夠有效地滿足人們對于此類資源的需求，相關工作人員就需要采取一系列科學良好的技術來開展對應的鉆井工作，在鉆井的過程中采取有效的鉆井技術也能夠從一定程度上提高鉆井的效率和質量。目前較為常見的鉆井技術有軸向振動沖擊以及扭向振動沖擊，在實際的應用過程中需要根據實際情況來選擇對應的技術，本文針對軸向振動沖擊和扭向振動沖擊提速技術的現狀及發展趨勢進行了分析，以供參考。

關鍵詞：振動沖擊;鉆井提速;技術現狀;發展趨勢

引言：

在鉆井行業中，鉆井提速始終是其中一種非常重要的鉆井技術，在實際的鉆井過程中，相關人員通常需要采取對應的鉆井技術來開展鉆井工作，以此來有效提升鉆井效率和保證工作質量。隨著當前科學技術不斷地發展以及進步，鉆井提速中所包含的各項技術同樣也在不斷地發展以及進步中，但是對于鉆井行業來說此類技術還需要獲得更為良好的發展以及進步，從而更進一步提升整體的效率和質量。

一、振動沖擊提速技術現狀

在當前眾多的鉆井提速技術之中，軸向振動沖擊的鉆井提速技術已然經過了一段時間的發展以及優化，在這樣的背景之下自然也就延伸出了一系列更加新型和有效的鉆井提速技術，在傳統的鉆井提速技術應用過程中人們發現會存在一些限制以及問題，從而導致整體的鉆井質量以及效率較低[1]。而為了解決此類問題，相關人員通過不斷地鉆研，研發出了一系列新型的鉆井提速技術，通過此類技術能有效提高鉆井的質量和效率。目前常見的軸向振動沖擊鉆井提速技術中主要包含了以下幾種技術。

（一）水力脈沖空化射流振動提速技術

首先介紹的就是水力脈沖空化射流振動提速技術，該技術主要依靠的就是傳統的水力脈沖以及空化射流，相關人員在對此類技術進行分析以及研究的過程中發現此類技術可以通過一定的途徑來進行結合，從而形成了對應的水力脈沖空化射流工具。如圖1所示就是該工具的基本結構。該工具在實際的應用過程中其所采用的工作原理就是，在對應的液體經過了導流體之后會改變其自身的流向以及速度，之后會將此類變化作用于鉆井液之中，從而促進了驅動葉輪能夠產生高速的旋轉，那么在高速的旋轉情況之下，整體的流道面積也就會受到對應的影響和變化，從而形成了一定的脈沖壓力。此時自激振蕩腔室就會對此類發出的鉆井液脈沖信號進行放大，并且還會促進其產生一定的諧振，當此類信號經過了振蕩腔室之后就會收縮自身的面積從而進入到后續的噴嘴之中，此時就會形成對應的壓力波動。這種壓力波動之后還會由于自身的性能以及特點從而返回到對應的自激蕩腔室之中，從而形成了對應的壓力振蕩，若是壓力波動自身的頻率與諧振腔的頻率形成一致并且產生了對應的共振情況，那么在液體的出口端就會形成非常強烈的脈動渦環流，強烈的脈動渦環流就會進一步以自身的波動壓力來對井底造成沖擊和影響，那么最終在這樣的情況之下鉆井質量自然就能夠得到有效地改善。

此類技術自身同樣存在一定的優點和缺點。在經過了一段時間的應用以及操作之后，工作人員能夠明顯發現此類技術自身的優勢在于其能夠在不同類型的底層以及鉆井液性能條件之下進行正常使用，并且該技術在使用的過程中不會使用到一系列橡膠件，那么自然也就不會受到對應井深以及地層溫度的影響。同時其所使用的工具相對來說也較為短小，那么在實際的應用過程中就能夠與對應的動力鉆具進行配合，從而防止對井身的質量造成嚴重的影響和破壞。但是同時此類技術也存在一定的弊端，其弊端在于由于此類技術的動力源是鉆井液，因此在一些特定的井眼尺寸之下就無法有效提高其自身的沖擊效果，從而產生了一定的限制。

（二）自激振蕩式提速工具

其次就是對應的自激振蕩式提速工具，該工具主要是將傳統的機械沖擊與對應的水力脈沖相互結合，通過對這兩點作用的結合來形成了對應的自激振蕩式提速工具。如圖2所示的自激振蕩式提速工具結構。該工具的主要工作原理就是先將鉆井液注入其中，鉆井液在其中會經過對應一級振蕩器以及二級振蕩器的作用，之后流入到對應的鉆頭中[2]。其在流通的過程中經過一級振蕩器以及二級振蕩器，就會受到其對應的振動沖擊的影響，那么在此類作用力的影響之下就會通過八方桿來直接作用于對應的鉆頭之中，此時鉆頭的破巖能力以及效果就能夠得到顯著地提升。同時，鉆井液在經過了對應地八方桿流到鉆頭之后就能夠經過鉆頭水眼噴射的效果了愛加強其自身的沖擊力，從而形成對應的水力脈沖，此時的水力脈沖會直接作用于對應的井底巖石之中，通過這樣的方法來達到了提高沖力的作用。

該技術在實際的應用過程中同樣也存在一定的缺陷和優點。該技術的優點就是在于其能夠充分地利用水力脈沖以及振動沖擊技術的優勢來提升了自身的破巖效率。并且在實際的應用過程中主要是利用了對應水力脈沖的作用來誘發機械進行振動，因此整體使用的結構也相對來說比較簡單，應用起來也更加方便可靠。而其對應的缺陷就是在于其在實際的應用過程中基本上都是通過振動沖擊力來實現鉆井液的脈沖作用，但是對于一些巖石強度較高以及可鉆性差的巖石來說采用該技術來進行破巖顯然無法達到一個非常良好的效果，因此若是將該技術作用于此類環境中就無法擁有一個良好的效果。同時在振蕩沖擊的過程中腔室內的流體運行軌跡較為復雜和繁瑣，其會受到固相含量以及地層砂等一系列物質的影響，從而容易受到鉆井液沖蝕。

二、振動沖擊鉆井技術發展趨勢

（一）增強技術適應性

這幾年來隨著我國的科學技術水平不斷地提升以及發展，相關工作人員就需要對此類傳統的鉆井技術進行提升和優化，在傳統的鉆井過程中相關工作人員所采取的一系列鉆井技術自身基本上都會存在一定的限制和約束，因此相關人員首先需要開展的一項工作就是對此類技術的適應性進行提升。在鉆井的過程中，整體機械運行的速度需要得到有效地提高，在該基礎之上同時還需要保證井身的質量也能夠得到有效地控制和提升。在當前的技術水平之下，相關工作人員可以通過采取直井段鉆井的提速技術來開展對應的工作，通過該方法來達到這樣的效果是一種比較容易實現的技術[3]。而對于一系列造斜段以及水平井段來說，想要達到這樣的效果就必須將傳統所采用的技術進行結合和綜合，一般來說就是需要將振動沖擊提速工具進行優化和升級，以此來滿足對應的鉆井要求。可以通過軸扭耦合沖擊提速技術與螺桿配合的方法來達到這樣的效果和目的。

同時，隨著當前油田勘探開發的不斷深入以及進行，鉆井需要朝著高溫、高壓以及高硬塑性的地層深入，在這樣的背景之下采用傳統的技術以及工具顯然已經無法達到良好的效果，相關人員就必須對此類技術以及工具進行升級和優化，不斷突破傳統技術中存在的問題以及難關，有效地增強提速工具以及井眼尺寸的適應性，從而有效解決一系列技術難題。

（二）提高工具使用壽命

在傳統的鉆井提速運行過程中，對應的工具其自身的使用壽命會受到一定的影響，在不同的情況之下所產生的影響以及破壞也是各不相同的，若是相關工作人員無法有效對其自身的使用壽命進行控制以及提升，那么在工作一段時間之后內部的部件以及工具都會受到影響，從而就會影響到整體的鉆井效率和質量。在振動沖擊提速技術的運行過程中，其所采用的破巖方式與其他一系列傳統的常規鉆井會存在差異和區別，其基本上都是將鉆井液的部分流體能量轉換成為振動的沖擊功，而其所產生的振動沖擊力會直接施加到鉆頭上，通過這樣的方式來提升了鉆頭自身的破巖能力[4]。在這樣的一個過程中，振動沖擊工具就需要非常良好的動密封條件，其內部所包含的各個沖擊部件之間同樣也需要具備良好的動密封條件，若是動密封條件較差，那么實際的使用壽命也就會大大降低。在高速的鉆井液沖擊作用之下，各個沖擊部件自身所受到的鉆井液的沖蝕效果是無法避免的，因此工作人員應當提升對應的密封性能，從而保證其自身的使用壽命。若是在長時間的沖蝕之下，密封性能失效，那么對應的井底振動沖擊作用也就會失效，整體工具的壽命大大降低。因此相關人員也應當在未來的發展過程中注重提升此類核心部件的表面硬化技術，從而提升整體工具的使用壽命。

三、結束語

總而言之，在當前鉆井行業發展的過程中，相關工作人員必須對此類傳統的鉆井提速技術進行優化和升級，在實際的運行過程中需要根據不同的實際情況來選擇對應的技術，通過這樣的方式來達到一個良好的鉆井效果。在未來的發展過程中也需要針對其所存在的問題以及缺陷，不斷對此類內容進行完善和優化，從而達到促進該行業更加繁榮發展的最終目標。

參考文獻：

[1]穆總結，李根生，黃中偉，等.振動沖擊鉆井提速技術現狀及發展趨勢[J].石油鉆采工藝，2020，v.42;No.249（03）：6-13.

[2]羅發強，于洋，李雙貴，等.一種振動沖擊鉆井提速工具：，CN209724214U[P].2019.

[3]王敏生，光新軍.智能鉆井技術現狀與發展方向[J].石油學報，2020，v.41（04）：133-140.

[4]王佳，董洪鐸.石油鉆井用液動沖擊器研究現狀及發展趨勢[J].石化技術，2019，026（001）：216-216.