日前，石油工程技术研究院承担的“863”计划重大项目“超深井钻井技术”告捷。这一课题分解了7个子课题，在钻井设备、泥浆等方面都取得了新成果。旋冲钻井技术成果是这个课题背景下的一大亮点。

    旋冲钻井原理是在普通旋转钻进的基础上，在钻头上部安装一个液动冲击器，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。石油工程技术研究院院长、钻井工程专家路保平教授说，旋冲钻井技术是一项全新的钻井技术，其全新的思路、良好的性能将有助于把深井钻井技术提高到一个新高度，石油旋冲钻井技术发展前景广阔。

    旋冲钻井面临的新课题

    目前，国内外油气钻井领域对旋冲钻井技术表示了极大关注。世界旋冲钻井技术发展很快，研发了多种结构的旋冲钻井技术工具——冲击器，在油气钻井领域提高硬岩机械钻速方面收到显著效果。

    石油工程技术研究院副院长、钻井工程专家马开华教授表示，这项技术能大幅度提高钻井效率，降低钻井成本，在深井、硬地层钻井中将发挥重要作用。其推广应用不受现场条件限制，只需在现有钻井组合中增加液动冲击器，方便可靠。

    但目前旋冲钻井技术还没有应用到深井、超深井及高密度钻井液上。我国油气开发迅猛发展，对新区的勘探不断扩大，钻井深度不断增加，地层年代越来越久远，钻遇的硬地层越来越多，深井、超深井面临的主要问题就是机械钻速慢以及深海钻探硬岩钻进效率低等难题。

    为了发挥旋冲钻井技术加快深部复杂地层钻井速度的优势，降低钻井成本，提高井身质量，有必要对旋冲钻井技术进行深入研究，研制与旋冲钻井相匹配的钻头，开发冲击器井下监测系统，建立旋冲钻井模拟试验装置，形成成熟的旋冲钻井工艺。

    科研人员一直在跟踪分析，寻找破解问题的突破口。以往的液动冲击器没有储能装置，在工作过程中，回程能量浪费，冲程能量不足，造成射流式冲击器冲击功、冲击频率都不高。

    带储能机构和预紧机构的射流冲击器采用一种新型的机械式储能变流装置，可以减小回程冲击，流量均匀，提高了液动冲击器的能量利用率，从而获得较高的单次冲击功，使回程能量浪费、冲程能量不足的技术难题得到有效解决。

    新型冲击器设计打破了传统的理论局限，利用结构设计、材料优选、加工工艺改进以及延长工具使用寿命等措施，提高钻进效率。

    解决冲击器冲蚀和磨损两大难题

    冲击器有了，延长它的寿命又成为摆在科研人员面前的难题。

    影响冲击器工作寿命的两大因素是冲蚀和磨损。冲击器在深井超深井油气钻井中，受到小而松散的流动粒子冲击时，表面出现破坏磨损现象，其固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动时，其表面材料发生损耗。携带固体粒子的流体是高速气流，也可以是液流，前者产生喷砂型冲蚀，后者则是泥浆型冲蚀。冲蚀磨损是工业生产中造成设备及其零部件损坏报废的重要因素。

    为有效解决这两大难题，研究人员在分析典型含沙水流的冲蚀磨损试验设备和方法的基础上，考虑水力机械和水工建筑的特殊损伤破坏形式，提出了基于射流的水下冲蚀复合磨损试验设备和方法。一方面，从结构设计上进行优化，通过低速射流元件的研制、冲击器整机结构的优化设计，降低流体对冲击器工作腔的冲蚀和磨损，保证冲击器工作稳定可靠，延长冲击器使用寿命；另一方面，通过材料的优选，表面处理技术和加工工艺研究，来延长冲击器的使用寿命。

    从延长冲击器各部件的使用寿命出发，考虑到冲击的加工和应用，他们优选出射流元件组件及射流冲击器各部件材料。研究人员优选耐冲蚀气蚀能力高的射流元件工作腔几何形状和关键尺寸，设计制作新型射流元件，并进行实验室台架调试测试。同时，他们设计出液动冲击器内部零件轴向间隙补偿装置，提高射流元件与缸体接触端面处的密封可靠性。

    钻进不同地层时，破岩所需的最优冲击功及冲击频率不同。为满足不同岩层破岩所需的冲击功及频率，冲击器的冲击功及冲击频率的设计可通过调节射流冲击器的冲锤活塞行程大小或调节泥浆泵的泵量完成。

    新型液动冲击器加快了钻进速度，延长了冲击器的使用寿命。该技术在石油钻井领域属于新突破，在石油能源的勘探开发中将得到推广和应用。

    该课题组组长索忠伟教授说，液动冲击回转钻探技术的开展，为提高钻探经济效益开辟了新途径，同时也加快了钻探新技术推广的步伐。我国液动冲击回转钻探工作量逐年增加，但是目前所用冲击器的液能利用率还不够高，未能充分发挥冲击回转钻探的经济效益，充分有效地利用液能，改善冲击器性能，提高钻进效率是当前研究的重要课题。