深井、超深井钻井技术研究

摘 要：由于在钻井过程中随着井深的增加底层变化幅度大，地层的压力随之增大，井底温度提高，导致了不可见因素增多，因此深井钻井的工艺有它的特殊性。深井、超深井钻井技术是勘探和开发深部油气等资源必不可少的关键技术，并且已经成为代表钻井工程技术发展水平的标志。

关键词：深井 超深井 钻井 技术

一、深井、超深井的概念

对深井、超深井的界定，在国内外不同教科书上有不同的概念。在我国一般把井深超过4500～6000m的井定义为深井，井深超过6000m的定义为超深井。

二、国内深井、超深井钻井技术发展状况

我国的深井钻井发展较晚，整个发展过程可分为3个阶段。第一阶段从1966年到1975年。1966年7月8日我国第一口深井大庆松基6井（井深4719m）完成，标志着我国钻井工作由打浅井和中深井发展到打深井的阶段。

第二阶段从1976年到1985年。1976年4月30 日，我国第一口超深井四川女基井（井深6011m）完成，标志着我国钻井工作由打深井进一步发展到超深井

第三阶段从1986年到现在。1989年4月，随着塔里木大规模勘探序幕的拉开，塔里木石油勘探开发指挥部的正式成立，塔里木会战从此开始，90年代前期川东气区的勘探开发也进入了高潮，使我国深井、超深井钻井工作进入规模性应用阶段。

三、深井、超深井钻井施工中的几个问题

1.井身结构的设计原则

1.1套管层数要满足分隔不同压力系统的地层以及加深要求，以利于安全钻井。

1.2套管与井眼的间隙要有利于套管顺利下入和提高固井质量，有效分隔目的层。

1.3套管和钻头基本符合API标准，并向国内常用产品系列靠拢，以减少改进设备及工具的工作量。

1.4目的层套管尺寸要满足试油、开发及井下作业的要求。

1.5要有利于提高钻井速度，缩短建井周期，降低钻井成本。

2.提高深井钻速的技术

随着我国石油勘探开发不断向新探区和深部发展，为了勘探开发深部油气藏、获取地质资料，钻井深度越来越深，深井钻井的数量也越来越多。特别是西部地区5000～7000m的深井和超深井数量不断增加，深井钻井过程中遇到的复杂情况增多，钻井速度明显下降，同时钻井成本也急剧增加，这直接影响到油田的勘探开发速度和成本。因此提高深井钻速、降低钻井成本是当前油田勘探开发面临的一个重大课题。下面就影响深井钻井速度的一些主要因素作一简要分析，并介绍一些提高深井钻速的技术措施。

影响深井钻速的主要原因

2.1由于地质因素和井身结构设计不合理造成复杂情况影响钻速

深井和超深井所钻地层跨越的地质年代较多，地层变化大，地质条件（如构造应力、地应力等）变化大，同一井段包括压力梯度相差较大的多层压力体系和复杂地质情况等。这些地质因素也增加了钻井难度，容易引起井喷、井漏、井斜、卡钻等各种复杂事故的发生。

2.2深井段致密硬塑性泥页岩、泥质砂岩和砂质泥岩等难钻地层机械钻速低

深部井段的泥页岩和泥质砂岩等在上覆盖地层压力下变得非常致密，不仅硬度和密度增加，而且机械性能从常压下脆性岩石向塑脆性岩石转化，牙轮钻头的牙齿在这种硬塑性岩石中破碎起来非常困难。如何进一步提高在深部致密地层中的机械钻速，也是当前提高深井机械钻速需要解决的问题之一。

2.3小直径井眼机械钻速慢

在81/2in井眼中，下完51/2in套管或7in套管后用45/8in或57/8in钻头钻三开后的井段，以探明下部是否有油气资源。在这种井段，小直径牙轮钻头轴承寿命短，若用金刚石钻头，在有些地层的机械钻速也很慢，这都是深井小井眼钻井的难题。如果能提高小井眼井段的机械钻速，对提高勘探速度，降低勘探成本具有重要意义。

四、提高深部井段难钻地层机械钻速的有效途径

深部井段的泥页岩、泥质砂岩等岩石在上覆盖岩层压力的作用下，变得十分致密难于破碎。现有牙轮钻头的牙齿压入这类岩石的破碎坑体积很小，有的根本不产生体积破碎，而只留下一个很浅的齿痕。这些地层岩石在高密度钻井液条件下井底破碎出的岩屑延迟效应十分明显，机械钻速很慢。相对来说，巴拉斯（TSP）钻头、异形齿PDC钻头受压持效应的影响很小，机械钻速和钻头寿命较高。因此在深部井段应采取以下措施：

1.研制或引进适应高转速的天然和人造金刚石混合孕镶的自锐式金刚石钻头和长寿命、高转速的涡轮钻具，并试验和总结出一套相应的工艺技术措施。这种自锐式金刚石钻头在欧洲已成功地应用到深井段高密度钻井液条件下的致密泥页岩和泥质砂岩地层中。在欧洲，深井牙轮钻头钻速很低的情况下，采用涡轮钻具配合自锐式金刚石钻头钻进，单只钻头进尺一般为55～200m，机械钻速为2.5～5.0m/h。使用条件是在3500～6700m井深范围内钻井液密度为1.3～2.0g/m3。我国四川和塔西南地区使用巴拉斯金刚石钻头配合动力钻具，也取得了较高的机械钻速。

2.有些探井由于岩屑录井的要求，必须使用牙轮钻头。为了对付深部井段的难钻地层，应研制或引进齿面耐磨性高、齿形尖而密的钢齿钻头或加强保径的钢齿钻头，使用时要尽量优化水利参数，在条件允许的情况下最好引进51/2in高强度接头钻杆，以强化井底水马力，同时改善井底流场，加强水力清岩和辅助破岩作用。如采用新型加长组合喷嘴、新型测喷嘴等，有利于及时清除井底新钻出的岩屑，提高钻头的破岩效率，避免井底重复破碎。

3.选用中转速的镶齿滑动轴承牙轮钻头（如HJ527和HJ537）、镶齿滚动轴承牙轮钻头（如G527和G537）和高转速的钢齿滚动金属密封牙轮钻头G315B，配合中转速、低压降、大扭矩的减速器涡轮钻具，可较大幅度地提高高难钻地层的机械钻速。

我国西部新区的初探井，常因地质情况预报不准确，井深结构设计不合理而影响深井和超深井的钻速。对于初探井来说，在井身结构设计上如何留有余地在遇到较复杂的地质情况时下一层套管，保证以后顺利钻进，是一个重要的问题。井身结构设计的合理与否取决于当时当地的钻井工艺技术水平。

为了解决这个问题，首先要研究和完善中钻井液体系，使其能适应在同一井段内不同的压力体系。其次，要研制长寿命、高转速的小井眼牙轮钻头的水平，这样实际上给初探井井身结构套管层次增加了储备。因此，井身结构设计时要考虑到现有钻井工艺整体技术水平，同时应增加对新技术研究的投入，对降低勘探成本和提高勘探速度有重要意义。

五、结论

综上所述可以得到以下一些结论：

1.高转速的天然和人造金刚石混合孕镶的自锐式金刚石钻头和长寿命、高转速的涡轮钻具得了较高的机械钻速。

2.采用新型加长组合喷嘴、新型测喷嘴等，有利于及时清除井底新钻出的岩屑，提高钻头的破岩效率，避免井底重复破碎。

3.井身结构在很大程度上决定了钻井过程的安全与否，该地区在少下一层套管的情况下，同一裸眼内存在高压层和易漏层，高密度钻井液钻开易漏地层容易发生井漏，从而引发其它复杂情况，在高密度下钻进还使机械钻速大大降低。

作者简介：孙晓东（1985.1.11-），男，吉林省松原市人，助理工程师 目前在胜利油田勘探监督中心从事钻井监督工作。