深井鉆井技術工藝探討

員紅勃

摘 要：鉆井是石油工程和煤礦工程不可缺少的工作步驟。按照用途，鉆井可以分為勘探鉆井、水文地質鉆井、工程地質鉆井、地熱鉆井、石油鉆井、煤田鉆井、礦田鉆井和建筑地面鉆井。在進行鉆井的過程當中，很容易受到地質條件的影響。地層當中經常存在一些深井，井下的地質情況難以進行探測。如果缺乏對深井井下的地質狀況不夠了解，就會給鉆井工作帶來困難，影響鉆井的效率。本文將從提高鉆井工藝水平，避免被深井地形影響鉆井效率的角度來進行探討。

關鍵詞：深井；鉆井技術；工藝策略

鉆井，就是利用機械設備，將地層鉆出圓柱形孔眼的過程。按照巖石破碎方式和工具類型的不同，可以分為頓鉆和旋轉鉆。頓鉆，又叫做沖擊鉆，就是利用鉆頭的沖擊力將巖石擊碎。頓鉆的優點是對工藝設備的要求比較簡單，花費的成本比較少，不會污染儲油層和礦層，缺點是鉆井的速度慢，鉆井效率低。旋轉鉆就是利用鉆頭宣傳產生的力量切削或者研磨巖石，優點是比頓鉆速度快，對于井塌、井噴等意外情況的抵抗能力也比較強。旋轉鉆又可以分為轉盤鉆和井下動力鉆兩種。深井是眾多制約鉆井速度和鉆井效率的條件之一。為了提高我國鉆井工程的效率和技術水平，必須改進鉆井工藝，降低深井地形造成的妨礙。

一、深井鉆井過程中存在的問題

深井鉆井往往要穿過多套底層，各個地層都形成于不同的年代，相互之間的差異也很大。對于同一井段來說，地層的情況會很復雜，地下的壓力情況難以進行分析。為了維護井的安全，必須綜合考慮各種復雜情況來采取預防措施和預防手段。對于深井地形來說，井下往往處于一種高溫、高壓、高地層壓力的環境當中，給鉆井工作帶來很大的困難[1]。就目前我國的鉆井技術來分析，其中存在的不足主要由以下幾方面：第一，我國鉆井的機械設備性能比較差，型號陳舊，遠遠落后于國外的鉆井設備水平。第二，深井底部往往處于一種高溫、高壓、高地層壓力的環境，在這種環境之下，鉆井的速度被大大降低，難以進行提高。在多層套管時，小井眼礦井的鉆井速度也比較緩慢。第三，深井地段對于井漏、井噴、井塌等異常現象的預防和處理比較困難。第四，深井地形的固井質量難以得到保證。除此之外，還存在鉆井液的包被劑的抗溫問題、高溫穩定劑的復配問題、深井鉆井的環境保護問題，也都需要在鉆井的同時加以解決。

二、深井鉆井的改進措施

（一）提高大直徑井段的鉆井速度

大直徑井段的鉆井往往會消耗大量的能源，導致鉆井機排放大量的廢氣。為了提高大直徑井段的鉆井速度，降低鉆井機消耗的能源和排放的廢氣量，可以采用大尺寸的鉆桿和鉆鋌[2]。我國的鉆井機的鉆頭直徑型號比較少，對此要加以完善，豐富鉆頭的尺寸型號，提高大尺寸鉆頭的軸向移動距離，增強大尺寸鉆頭在高速轉動時的穩定性。另外，還要采用井下動力鉆具和復合鉆進技術，來提高大直徑井段的鉆井速度。

（二）提高深部井段的鉆井速度

對于深井的底部而言，巖石主要類型是泥頁巖和泥質砂巖[3]。這些巖石承受了上面地層的巨大壓力，密度和硬度都大大加強，從脆性巖石轉變成了致密巖石。這就給鉆井工作帶來了極大困難，鉆頭難以對這種巖石進行破碎。而且，在深部井段當中，鉆井液會持續給井底破碎出來的巖屑帶來壓力，這就導致巖屑不容易離開井底，在井下覆蓋了厚厚一層，給鉆井工作造成了妨礙。我國目前已經針對深部井段高抗壓強度和高研磨性的底層設計出新型的鉆井工具和鉆井工藝。新型鉆頭是由人造金剛石構成，配以高速渦輪動力鉆具，鉆速能夠達到舊式鉆具的三到十倍。

（三）提高小直徑井的鉆井速度

一般將直徑小于二百毫米的井眼叫做小直徑井眼。這種小直徑井的鉆探所利用的小直徑鉆頭往往軸承使用壽命很短，鉆井的力量不如大直徑鉆頭，鉆井速度較慢。我國目前的小井眼鉆井技術不僅鉆井速度慢，花費的成本也比較高。而且，小井眼的內部空間小，鉆井環境比較惡劣，轉速、扭矩、排量、鉆壓都受到很大限制。要想提高小直徑井的鉆井速度，要從鉆井適用的小尺寸鉆頭和動力工具入手。還可以采用動態壓井法，這種方法主要是解決地層壓力給鉆井帶來的困難，利用循環泥漿時產生的壓力損耗來控制底層的壓力，只要改變排量和鉆頭的旋轉速度，就能夠防止發生井涌。

（四）深井防斜打直技術

深井地形的井段太長，在鉆井的過程中容易發生偏移，導致鉆井的實際位置偏離預計的坐標過遠。如果是山坡、丘陵的地形，這種現象將更為嚴重。如果鉆井發生偏斜，會妨礙固井的質量，造成嚴重的安全事故。鉆柱在斜井的內部容易靠到井壁的一側，當鉆柱旋轉鉆井時，與井壁會發生嚴重的摩擦，破壞井壁造成礦井崩塌或者鉆柱被卡住，帶來嚴重的后果。另外，斜井還會影響井下的開采工作。實踐表明，造成斜井的原因可能是地質條件、鉆具結構、鉆井技術、鉆井設備的安裝等方面。對此必須采用防斜打直技術保證礦井的方向上的垂直。常用的防斜打直技術有滿眼鉆具、鐘擺鉆具、復合鉆進、吊打。總而言之，防止井斜需要采用防斜的鉆具，同時還要了解井下地層的變化情況，根據底層的變化采取調整措施，防止鉆井出現傾斜。

（五）減小技術套管的磨損

技術套管的套入，起到了隔離不同地層的作用。由于技術套管要承受井下地層的壓力，還要承受鉆具的碰撞，很容易發生磨損。為了保證鉆井的質量，技術套管必須要選取既能夠抗擊鉆具沖擊，又要具備高抗壓強度的設計。在深部井段，地層帶來的壓力巨大，如果技術套管的安全系數不能達到技術要求，就會在巨大壓力下發生磨損甚至毀壞，造成局部鉆井報廢，甚至整個鉆井的報廢。另外，技術套管的磨損還會造成地下水的滲出，給鉆井造成妨礙，或者鉆不到指定的深度。

三、結論

深井地形的鉆井困難來自于多方面。首先是深井下面的地質條件惡劣，鉆井工作受到各種條件的限制。然后是井身設計結構不合理，或者技術套管的設計強度不符合要求，沒有考慮到井斜情況等。最后是人為因素，比如鉆井設備安裝有問題，鉆井流程不規范。我國必須針對這些問題進行分析解決，改進深井的鉆井工藝，提升深井地形的鉆井效率和鉆井質量。

參考文獻：

[1]鄧傳光，張軍，常洪渠等.高石梯—磨溪區塊探井鉆井提速配套技術及其應用效果[J].天然氣工業，2014，03：115-120.

[2]任福深，馬若虛，程曉澤等.粒子沖擊鉆井技術研究進展及關鍵問題[J].石油礦場機械，2014，07：20-25.

[3]王海波.松遼盆地深層鉆井提速實踐與認識[J].西部探礦工程，2016，01：91-94.