提高深井硬地層鉆井速度的技術難點及對策

何 陽

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津濱海新區 300452)

提高深井硬地層鉆井速度的技術難點及對策

何 陽

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津濱海新區 300452)

油氣田開發是當前資源開發中不可規避的工作內容，在深井作業中為提高工作效率還需要對鉆井速度進行全面提升。論文對提高深井硬地層鉆井速度的技術難點及對策的研究為主題開展研究工作，對我國深井鉆井速度現狀進行研究，對深井硬地層鉆井速度的技術難點進行分析，從地層、鉆井環境以及鉆井工具三個方面出發，對技術難點進行分析，并結合相關難點提出了應對策略。

深井作業；硬地層；鉆井速度

1 我國深井鉆井速度現狀

深井作業尤其是深井鉆井作業能夠在一定程度上反應一個國家在油田開發上的技術水平，其中深井鉆井速度是最直觀的反映。從當前世界各國深井鉆井速度和超深井鉆井速度來看，歐洲部分國家以及美國處于前列，而我國在深井鉆井速度上相較于歐美等國還存在一定的差距。我國深井鉆井作業起步較晚，但是在近二十年在該方面取得的成績可圈可點，其中在鉆井周期、鉆頭選型等方面所取得成績更是令人稱贊。我國在深井鉆井速度上所存在的問題主要體現在深井機械鉆速低。基于機械鉆速在深井作業中的不足，我國深井鉆井作業的開展一直都差強人意，為了對深井鉆井速度進行全面提升，還需要對鉆井工具和鉆井技術進行深入研究，就此來看，我國在深井鉆井速度上還有較大的提升空間。

2 我國深井硬地層鉆井速度提升的技術難點2.1 深井硬地層難以滿足鉆井要求

從深井巖層結構來看，隨著井深的增大，硬地層巖石所承受的上覆壓力將會發生變化，其變化趨勢呈現為隨著井深的增大，上覆壓力逐漸變大。同時，深井硬地層在巖石的骨架結構上也會發生變化，巖石的硬度和研磨性將會急劇增大，在此情況下，想要完成鉆井工作，對于施工人員來說，難度大。我國油氣田分布主要在新疆、四川等地，從深井巖層結構來看，隨著井深的增多，巖層結構變化較大，硬地層變多，巖層硬度急劇增大，為鉆井工作帶來的難度，不能滿足鉆井速度的提升要求。這是目前我國深井硬地層鉆井速度提升的技術難點之一。

2.2 深井硬地層鉆井加壓難度較大

在進行深井硬地層鉆井作業時，由于井深偏大，鉆柱在工作的過程很容易出現彎曲，從而造成鉆井作業偏差，導致鉆井路徑與原設定路徑出現偏差，這使得鉆壓增加或傳遞過程受阻。一旦深井硬地層鉆井加壓難度加大，則整個工程會受到阻礙，破巖效率將會出現較大幅度的下降，鉆井速度也難以提升。在我國一些井區開展作業時，深井硬地層鉆井加壓難度大較為普遍，如在東北區深井鉆井作業施工過程中，隨著鉆井作業深度的增大，鉆頭壓力也會相應的增大，此時，鉆井速度會出現大幅度的上升，但是井斜幅度也在增大，甚至會影響到整個礦井的安全。

2.3 深井硬地層鉆井環境較為復雜

從前文敘述不難看出，在深井硬地層鉆井作業中，隨著井深的增大，作業環境也在發生變化，當然并不局限于上述內容。我國深井開鉆作業中，因為鉆井作業環境的復雜而帶來的技術問題較多，其中在我國四川地區深井鉆井作業中較為明顯。川東地區是我國深井作業環境的重災區，在該地區進行鉆井作業時，極其容易遇見一些地質結構復雜，斷層明顯的環境，在此環境下進行施工作業，容易造成較為嚴重的井斜，同時鉆井速度也會受到局限。在部分井段，各類巖層混集，尤其是在泥質巖層中開展鉆井作業，鉆頭容易被泥巖包裹，從而影響到鉆井作業，導致鉆井速度減慢，甚至出現卡鉆情況。同時，由于不同巖層的在硬度上會存在差距，部分巖層的硬度已經超過了鉆頭能夠承受的范圍，故而在實際鉆井作業中遇到此類巖層，鉆頭難以繼續深入，甚至出現跳鉆的現象，對鉆頭形成不同程度的傷害。為了避免跳鉆現象的發生，保證鉆井速度，往往還需要做好鉆頭選型作業，但基于鉆井環境的復雜性，鉆頭選型作業開展難度同樣較大。

3 提高深井硬地層鉆井速度的對策

3.1 優化鉆頭

在鉆井作業中，尤其是深井硬地層鉆井作業，為了提高鉆井速度，首先需要做的便是選擇合適的鉆頭，在鉆頭不能滿足鉆井需要時，則需要考慮，對鉆頭進行進一步優化，從而提高鉆井速度。鉆頭優化措施有多種，現就其中幾種常見的鉆頭優化措施進行介紹：一是牙輪鉆頭優化。牙輪鉆頭設計主要是對鉆頭的切削齒輪的形態進行調整，同時對其分布進行合理的調整。通過牙輪鉆頭優化，能夠對鉆頭的受力面積進行拓展，從而避免出現應力集中現象，使鉆頭能夠更加緩解鉆井過程中的沖擊力。此外，在牙輪鉆頭優化過程中，還可以對鉆頭的制作材料進行優化，通過優化制作材料來提高鉆頭的鉆井能力。最后，還可以對軸承的密封性進行優化，如對軸承的內膜進行合金鑲鍍；二是PDC鉆頭優化。PDC鉆頭在鉆井作業中應用較為廣泛，但是該種鉆頭在深井作業中難以得到廣泛應用，其主要是因為該種鉆頭不能應對高硬度的巖層，在此情況下容易失效。

3.2 脈沖射流提速

脈沖射流提速在當前的深井硬地層鉆井作業中應用較多，其主要是因為該種措施不但能夠輔助性破巖，同時還能夠對鉆孔及其周邊進行及時的沖洗，從而便于鉆井工作的繼續開展。脈沖射流提速措施的應用之所以會起到提速作用，主要是因為高速的射流對硬地層產生作用，使其處于欠平衡狀態，從而起到輔助破巖。此外，在鉆井作業中，破巖產生的碎石粒或碎屑的存在會在一定程度上影響到施工作業，而脈沖射流能夠在破巖的同時，沖擊碎石，使其清理作業區域，避免進行重復切削。在當前脈沖射流提速技術中，常見的脈沖射流主要分為兩類，一類是負壓脈沖射流，該種射流主要是硬地層所受到的脈沖負壓差；二是脈沖空化射流。該種脈沖射流提速主要作用機理的通過脈沖信號放大，從而實現射流的增強，根據不同礦井實際作業需求，在使用該種脈沖射流措施時，施工人員需要結合礦井情況對脈沖頻率進行調節。

3.3 復合鉆井技術

復合鉆井技術在深井硬地層鉆井作業中應用較大，并且在提高鉆井速度上起到了關鍵性的作用，這在一定程度上促進了機械鉆井作業的進步和鉆井工藝的完善更新。現就兩種常見的復合鉆井技術進行介紹：一是高溫直螺桿和PDC鉆頭復合鉆井技術。該種復合鉆井技術既能夠克服鉆井作業中鉆井設備溫度過高的問題，又增強了鉆頭的破巖效率。該種復合技術的出現能夠為鉆井速度的提高提供較大的幫助，能夠在一定程度上解決鉆井作業中的相關問題；二是鉆具和鉆頭的復合技術。該種復合技術類型完全是針對鉆頭破巖效率而設計的，一般選用渦輪鉆具，在鉆頭上，多選用金剛石鉆頭。該種復合技術的實現過程大致是鉆井液驅動渦輪葉片，從而實現鉆頭的高速運轉。

[1] 程華國，王吉東，劉以明，等.影響川東北地區深井機械鉆速的原因分析與對策[J].石油鉆探技術，2004，32（5）：20-21.

[2] 陳洪兵，周龍昌，張雷，等.俄羅斯減速器渦輪鉆具驅動PDC鉆頭在西西伯利亞油田的成功應用[J].石油鉆探技術，2005，33（2）：48-50.

[3] 王興武，趙國順，孫雪，等.巴楚探區深井鉆井難點分析與技術對策[J].石油鉆采工藝，2011，33（3）：1-4.

Technical Difficulties and Countermeasures of Increasing Drilling Speed in Deep Mine Hard Stratum

He Yang

Oil and gas field development is an unavoidable work content in the current resource development.In order to improve the working efficiency in deep well operation，it is necessary to improve the drilling speed.In this paper，the research on the technical difficulties and countermeasures of improving the drilling speed of the deep well in the deep well is carried out，and the present situation of deep well drilling speed in China is studied.The technical difficulties of drilling depth in deep well are analyzed，from the stratum，drilling environment and drilling tool Three aspects of the start，the technical difficulties of the analysis，combined with the relevant difficulties put forward the response strategy.

deep well operation；hard stratum；drilling speed

TE242

A

1003–6490（2017）11–0259–02

2017–08–07

何陽（1984—），男，安徽廬江人，工程師，主要研究方向為鉆井工藝及鉆井井下工具。