提高深井和超深井机械钻速的方法

田衍亮 海显贵 任文峰(中国石油川庆钻探公司塔里木工程公司 新疆 库尔勒 841000)

一、影响深井和超深井机械钻速的因素

1.深井和超深井钻井地层条件复杂

深井和超深井钻井钻遇地层层系多，岩性变化较大、非均质性强、可钻性差，地质条件异常复杂，同一井段可能钻遇多套地层压力系统，井壁稳定难度大，地层安全密度窗口窄，漏喷共存等复杂问题，钻井施工中同一井段需要预防几种不同类别的井下复杂情况。再加上深部地层普遍存在高温、高压，会使井下复杂的预防措施少，事故复杂的处理难度大，处理手段有限。

2.深井和超深井井身结构复杂

（1）为了确保顺利钻至目的层，深井和超深井钻井井身结构设计时需考虑备用方案，而且为保证深部井段安全钻进，Φ 444.5mm和Φ 311.l mm井段固井设计时一般要求套管尽量下深一些。为此深井井身结构普遍需五开或六开，复杂的井身结构导致深井、超深井大尺寸井眼（井径≥Φ 311.1mm）的深度在不断增加，井深6000～7000 m的井，Φ 311.l mm井眼一般要钻深5500-6500 m，才能满足下部钻井的需要。随着大尺寸井段的加深，大尺寸井段破岩效率低，机械钻速慢的问题越加突出，而且严重影响到全井的钻井周期和钻井速度。

（2）深部小尺寸井段机械钻速低。深井、超深井深部井段的泥质砂岩和粉细砂岩在上覆岩层压力的压实作用下岩石硬度大非常致密，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，具有高抗压强度和高研磨性的特点。在这种井段中钻进，由于小井眼钻井的配套技术(如钻头、动力钻具等)未完全过关，小直径牙轮钻头的轴承寿命较短，若用小直径金刚石钻头，易受排量、转速的限制。因此多种原因都影响着深井深部小尺寸井段的机械钻速。

3.深井和超深井钻井中多个工程问题共存

深井和超深井钻井中地层不确定性因素多，在同一口井甚至在同一个地层段,同时存在多个工程问题。有限的套管层次不可能将各个复杂层段全部有效封隔,同一个裸眼井段内同时存在多个相互矛盾或对立工程问题的情况经常遇见。因此,经常出现井斜、井漏、井涌、井塌、缩径等同时发生的严重复杂情况。

二、提高深井和超深井机械钻速的建议

1.提高深井和超深井大尺寸井眼段机械钻速

（1）深井或超深井钻井尽量使用大功率的钻机，特别是动力系统、绞车和泥浆泵，满足大尺寸井眼钻井所需的能量和排量要求；

（2）采用大尺寸钻杆(Φ 149.23 mm、Φ 139.7 mm钻杆或Φ 127 mm非标钻杆)和大尺寸钻铤（Φ 254mm或Φ 228 mm），解决大尺寸井眼钻井的水力能量和破岩能量问题；

（3）完善大尺寸钻头的结构和系列，特别是适合均质性差地层的PD C钻头和适应高转速的大尺寸牙轮钻头。

（4）上部大尺寸井眼使用垂直钻井工具或井下动力钻具加垂直钻井工具，采用M WD随钻监测井身质量，做好深井大尺寸井段的防斜打快工作。

（5）在地层条件具备的情况下使用空气钻或欠平衡钻井技术，提高深井大尺寸井眼常规钻井难钻地层段机械钻速。

2.提高深井和超深井下部小尺寸井眼机械钻速

（1）小井眼钻井采用复合钻杆(Φ 127 mm钻杆或Φ 127 mm非标钻杆+Φ 101.6 mm钻杆或Φ 88.9 mm钻杆)，解决小尺寸井眼钻井的水力能量和井底清洁问题；

（2）完善小尺寸井眼钻井所需的钻头系列，特别是适合强研磨性地层的PD C钻头和长寿命的小尺寸牙轮钻头。

（3）针对特别难钻地层，研究小尺寸井眼钻井所需的特殊钻头和配套提速工具。针对高抗压强度和高研磨性的地层，国外采用孕镶金刚石钻头加高速涡轮钻具组合，使用结果表明，与牙轮钻头相比，该项技术可提高机械钻速3-10倍以上，大幅度提高了深井小尺寸井眼难钻地层的机械钻速。

3.综合引用成熟技术，有的放矢开展钻井新工艺新技术试验，提高常规井段机械钻速

（1）在地层条件允许的井段推广使用PD C钻头或使用PD C+螺杆，在311.15mm井眼和215.9 mm井眼使用好PD C钻头是提速的关键。

（2）优选钻井参数、钻井工具和喷嘴组合，在地层比较适合的井段利用水力加压器、脉冲接头、旋冲钻具等新工具和喷射钻井技术来提高机械钻速；

（3）使用欠平衡钻井技术、地质导向钻井技术和垂直钻井技术等先进技术提高215.9 mm-311.15mm井眼段机械钻速；

（4）加强安全技术措施的实施力度,制定和实施科学合理的技术方案与措施是减小施工风险、保证钻井安全、提高机械钻速的前提条件。

4.对深井和超深井复杂工程问题的预防与处理。

深井和超深井钻遇地层层系多，钻井中经常遇到各类事故复杂，常见的事故复杂有井塌卡钻、缩径卡钻、溢流、井漏等。对钻井事故复杂，因该采取提前预防，积极处理的原则，在现场工作中要运用好现有的技术，及时分析判断井下情况，根据地层特点和井下情况，采取切实可行的预防和处理措施,尽量减少非生产时间,来提高行程钻速。

5.加强工程问题的地质研究

复杂的地质条件成为制约深井、超深井钻井速度的本质问题,地质问题研究取得突破,可以为钻井提供较准确的地层资料。深入对地质问题进行技术攻关,充分利用物探地震资料、录井资料和测井资料,利用地质学理论研究工程问题的预测与检测。有了准确的地层资料就可以根据地层情况优化井身结构、优选钻头型号与钻井参数、钻具组合、钻井液体系等,为钻井中提高机械钻速提供基础和保障。

结论

提高深井、超深井机械钻速,首先是要对深井、超深井所钻地层有比较科学的认识；二是有先进的设备、可靠的工具和高效的钻头做保障;三是开展新工艺新技术的试验和研究，依靠新技术提高深部难钻地层的机械钻速。总之只有依靠科技进步,综合应用成熟配套技术，大胆尝试和使用新技术、新工艺、新工具等配套技术,才能进一步提高深井、超深井钻井速度,缩短建井周期,降低钻井成本。

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[2]张东海,等加快深井钻井速度的几点建议[J].石油知识,2004,(1).

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