旋沖鉆井的理念最早出現于 20 世紀 50 年代，由美國鉆井專家魯賓斯基提出，在旋轉中加錘擊作用，使鉆壓減輕 50%，鉆速可以保持不變，鉆頭壽命增加，把井打直。隨著鉆井技術的不斷發展和全球油氣開發熱潮的到來，深井、復雜井所占比例越來越大。行業內對提高硬地層破巖效率、降低作業成本的要求與日俱增。旋沖鉆具的研究方向集中在了液動沖擊方向，平均機械鉆速比常規鉆井技術提高 50% 以上。中國 70 年代以來，在地礦系統的固體礦鉆井應用中開始研究旋沖鉆井技術，到80 年代該技術進入推廣應用階段。自90 年代開始國內石油鉆井行業開始在青海、新疆等地區油田進行旋沖鉆具的應用。

直井作業現狀

        直井是渤海地區探井作業的主要井型，防斜打直是直井鉆進過程中的主要挑戰。一般渤海油田會使用塔式鉆具、剛性滿眼鉆具以及鐘擺鉆具進行防斜打直。這些鉆具是以一定的鉆壓等參數控制輔助進行井斜控制。2010年渤海油田研發并應用新型防斜打直鉆具組合 215. 9mm PDC 鉆頭 +171.5mm 螺桿馬達 ( 馬達彎角 0. 75° ） +215. 9mm 扶正器 +165mm 鉆鋌 ×45.75m+165mm ( 震擊器 + 撓性接頭）+127mm 加重鉆桿，在一定程度上解放了鉆壓，具有防斜效果。目前國際油價形式嚴峻，鉆井提效降本是應對的主要措施，隨即引入旋沖馬達替代常規螺桿馬達以提高機械鉆速。旋沖鉆具由于其不同于常規鉆井的破巖方式，減緩了鉆頭的磨損速度，提高機械鉆速的同時，還可延長使用壽命，減少起下鉆次數，大幅降低鉆井成本。同時，旋沖馬達高頻的沖擊載荷有利于減少單位體積巖石的破巖時間，緩解地層巖性變化可能引起的井斜趨勢，利于形成更加規則、更高質量的井眼，防止出現硬地層及復雜地層鉆井中的井斜問題。

機構與優勢

       旋沖鉆具由馬達、可調彎角外殼及液力錘組成。動力總成為鉆頭提供轉速和輸出扭矩，其液力錘由上、下心軸組成，通過機械和液壓綜合方式對鉆頭產生敲擊力。工具敲擊力與所加鉆壓相關，提離井底即停止敲擊，兩個心軸之間的相互嚙合向工具外殼提供軸向運動，達到有效傳遞鉆壓的作用。旋沖馬達通過將螺桿鉆具動力總成提供的扭矩、轉速和液力錘總成提供的高頻軸向沖擊力有效地結合在一起，提高機械鉆速。同時高頻軸向沖擊的每個脈沖都可以通過液力錘總成的軸承套筒使整個底部鉆具組合產生軸向的反復運動，降低底部鉆具摩擦，減少井底托壓。軸向沖擊為鉆頭提供額外的沖擊載荷來克服地層巖石的抗壓強度，提高鉆井效率。該工具為純機械裝置，可代替螺桿的軸承總成，與螺桿馬達尺寸一致，油密封總成 100% 泥漿可通過鉆頭，沖程3mm~13mm；沖擊頻率為馬達轉速的3倍或4倍， 擊力與鉆壓相關， 提離井底，工具停止敲擊，對排量和泥漿類型要求與螺桿一致，工作壓差與螺桿一致，作業壽命與高效螺桿相當，耐溫能力與高效螺桿相當，長度與傳統螺桿相當且對MWD/LWD 無干擾。

實際鉆井應用

        在渤中區塊的一口探井應用旋沖鉆具，完鉆層位達到沙三段（未穿），完鉆井深 3,520m。選擇在底部地層東二下段、東三段和沙一段使用該工具，其巖性為砂巖、泥巖、火成巖，存在形式大都是砂巖與泥巖互存，夾凝灰巖。旋沖鉆具下至出套管斜約 50 米；接頂驅，開泵磨合旋沖鉆具內部組件；磨合旋沖鉆具時，使用排量 20L/s 磨合 15 分鐘，提高排量到 25 L/s 再磨合10 分鐘；繼續下鉆；緩慢下放鉆具，如下鉆遇阻超過正常摩阻 5 噸，須接頂驅不開轉速劃眼通過。下鉆至井底先造型，造型參數：鉆壓 1~2 噸 , 轉速 30轉/分， 排量26L/s， 井底造型0.5~1米；井底造型結束后，將排量提高至 29L/s，轉速提高至 50 轉 / 分，鉆壓提高至5~6 噸；及時調整鉆井參數，以便獲得理想機械鉆速；保持恒定排量鉆進，鉆時快時適當降低鉆壓，保持泵壓穩定；在接單根時，緩慢平穩開泵或停泵，根據顯示情況，劃眼一次或多次。

具有開發潛力

        老油田挖潛是渤海油田穩產、上產的主要措施。該工具在綏中、秦皇島等一大批老油田的加密調整中取得了顯著效果，零散小平臺的小項目調整井也在持續推進。對于某些無剩余井槽的平臺來說， 利用低產井側鉆是個不錯的選擇，一方面可以通過部分老井眼的再利用降低費用，另一方面可減小新鉆井的作業難度。側鉆井中小井眼占極大的比例，在小井眼中，鉆具柔性大，即使旋轉導向鉆具也克服不了井下橫向和周向振動以及粘滑現象，降低旋轉導向的效果和鉆進的時效，降低鉆頭的切削能力。通過使用旋沖馬達可提供持續不斷的鉆壓，從而提高鉆進時效。目前，該工具尚處于渤海油田直井試驗階段，后續開發工作還在繼續，具有良好的開發前景。