深井钻井现状与提高速度的先进技术方法

摘 要：文章首先剖析了深井钻井的现状及存在的主要问题然后提出相关建议，随后探讨了深井钻井中的几种钻井技术，以提高其钻井速度并降低钻井成本。

关键词：深井钻井 技术 速度

一个国家综合钻井技术水平高低的标志之一就是深井、超深井钻井技术的成就，我国在深井及超深井钻井技术方面与国外先进水平相比还有相当大的差距。只有应针对目前存在主要问题然后采取相关措施，才能提高我国深井和超深井钻井技术水平，缩短我国在深井及超深井钻探技术领域与国外先进水平的差距。

一、深井钻井的现状

深井钻井要穿过多层地层，这些地层穿越的地质时代较多、变化也很大，同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等，相应的地质条件也错综复杂，施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等，会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说，钻深井存在的技术问题主要以下几个方面：

1.钻井的主要装备功能差、比较落后，和国外的先进装备相比差的太远了。

2.上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。

3.多层套管时，深部井段小井眼的钻井速度问题。

4.减小技术套管磨损和破裂后处理问题。

5.防斜打直技术。

6.深井固井质量问题。

7.井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。

8.深井定向井、水平井钻井技术。

9.深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、深井钻井液的环境保护问题、深井高密度钻井液流变性能稳定问题、高温稳定剂的复配问题、深井钻井液检测系统落后不配套问题。

二、对深井钻井的相关提议

1.提高深井大直径井段的钻井速度

1.1提高钻井装备的装机功率，解决大尺寸井眼所需的能量和排量问题。

1.2采用井下动力钻具和复合钻进技术，提高机械钻速。

1.3采用大尺寸钻杆和钻铤，解决水力能量和破岩能量问题。

1.4完善大尺寸钻头的结构和系列，特别强调的是要增加大尺寸钻头的移轴距和适应高转速的性能。

2.提高深部井段钻井速度

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，不仅密度和硬度增加，而且从常压下脆性岩石向塑脆性岩石或硬塑性致密岩石转化，牙轮钻头的牙齿在这种岩石中破碎起来非常困难。另外，随着井深和钻井液密度的增加，液柱压力对井底破碎出来的岩屑产生压持作用，牙轮钻头破碎出来的岩屑在压差作用下不易离开井底，结果是在井底形成垫层，降低了破碎效率等。多种因素都影响着深井深部井段的机械钻速，使得机械钻速极低。

提高深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速，缩短钻井周期，一直是困扰钻井工作者的技术难点。随着钻头和井下工具技术的发展和实践，针对高抗压强度和高研磨性的地层，国外目前逐步推出了一套提高机械钻速的技术途径，即采用特殊设计的人造金刚石孕镶钻头与高速涡轮动力钻具组合，依靠强化钻井参数的办法提高钻速。与牙轮钻头相比，该项技术可提高机械钻速3～10倍以上，大幅度提高了深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速。

3.减小技术套管的磨损技术

3.1采用井下动力钻具，减少钻具的转动，这种方法最有效，但要防止粘卡卡钻。

3.2把斜井段打平滑，把直井段打直，减少钻具与套管之间的压力和接触点的固定。

3.3采用设计合理的钻杆护箍。护箍能减少钻杆与套管的磨损，但如果护箍设计不合理会容易掉，有可能造成卡钻事故。

3.4提高井下工具的使用寿命，减少起下钻的频率。

3.5提高钻井速度，缩短钻井周期。

三、提升钻井速度的几种先进技术

1.深井优化设计技术

深井和超深井钻井是一项费用很高的工程，为保证安全、经济和快速钻成深井和超深井就要有一套正确的设计方案。

1.1钻井钻机和装备的选择

要求选用先进的钻机和设备，要求设备功率大、自动化程度高、基础稳固、配套齐全。钻机及提升系统性能满足提升最重套管柱及钻柱载荷及钻进的需要。钻井泵组要能提供喷射钻井和清洗井眼的水功率。井架负荷能力及立根盒容量要符合设计要求。底座高度要能装3～4套防喷器组，要有完善的井控系统，防喷器组、节流管汇、控制系统等都要符合深井地层压力要求。所有的设备、器材事先都要进行认真严格的检查，以保证安全。

1.2套管程序设计

在确定深井井身结构时，需要根据地震资料，邻近井资料对多个层段的地层孔隙压力和地层破裂压力梯度作出较为准确的预测。根据不同的压力体系合理设计套管柱的类型和强度。对于尾管设计，要准确地确定出尾管悬挂深度。在悬挂点以下的钻具可以采用小尺寸，具有较高的抗内压强度。合理的套管下入程序是提高深井钻井速度的保证。

1.3钻柱组合设计

深井钻柱设计一般采用稳定的满眼刚性组合，普遍使用稳定器、减震器和随钻震击器。

对f244.5以上的大井眼，常用大直径塔式钻具组合，钻杆与钻铤之间用加重钻杆过渡。

超深井常常采用复合钻柱，钢级一般为G-105级，有时上部用S-135，设计富余拉力至少为45吨。

2.推广应用衡钻井技术

深井压差大是深井钻速低的一个很重要的原因，钻井液对井底的岩石和对钻头破碎产生的岩屑压持作用大。地层越深，压持程度越大，岩石强度也逐渐增大。在钻头正常工作期间，底部岩石致密，渗透性差，钻井液滤失水难以渗入其中。其次，巨大的液柱压力会压住即将脱离母体的岩屑。如果液柱压力和地层孔隙压力的差值越大，则这种情形会更加严重，岩屑在井底被重复破碎的次数会更多。因此，利用水力能量清洗井底岩石就显得非常重要。而实现衡钻井可很好地达到这一目的。

3.使用随钻测量系统和顶部驱动系统技术

3.1顶部驱动系统

顶部驱动系统用接立柱代替接单根，使接钻柱的时间减少三分之二，可进行倒划眼，提高钻易垮塌地层的能力，起下钻时可不断旋转钻杆和循环钻井液等多项优点，目前已从海上扩大应用到陆地钻机上，用以打难度较大的一些深井，以利于安全钻井和快速钻井。

3.2随钻测量技术

随钻测量技术发展到今天，已不再只是提高定向工程参数，已发展到在钻井最优化、地层评价、高压检测和安全钻井等方面，成为当前深井钻井技术中的重要发展方向之一。它能起到多方面的作用：检测钻进参数，优化钻井作业；提供地层评价参数；检测气体溢流确保安全钻井。

4.深井钻井模拟技术

美国、前苏联、英国都有技术水平相当高的全尺寸深井钻井模拟实验室。即在地面实验室可以模拟5000m以上的温度场、压力场，并用相似数为1：1的钻井设备进行模拟实钻，然后利用完善的数据采集系统采集模拟钻进过程中产生的所有信息资料。由于是采用全尺寸模拟技术，不存在尺寸效应，这些信息真实地包含了深井钻井规律，对这些信息进行处理，则可以较为准确地掌握深井钻井的实质。在实钻过程中就能够及时采用正确的钻井技术，大量减少无谓的钻井投资，真正有效地提高钻井速度。

参考文献

[1]谢国民.提高深井钻井速度的几种技术[J].钻采工艺，1998（4）.

[2]赵辉.加快深井钻井速度的几点建议[J].民营科技，2008（3）.