提高深井硬地层钻井速度的技术难点及对策

何 阳

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津滨海新区 300452)

提高深井硬地层钻井速度的技术难点及对策

何 阳

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津滨海新区 300452)

油气田开发是当前资源开发中不可规避的工作内容，在深井作业中为提高工作效率还需要对钻井速度进行全面提升。论文对提高深井硬地层钻井速度的技术难点及对策的研究为主题开展研究工作，对我国深井钻井速度现状进行研究，对深井硬地层钻井速度的技术难点进行分析，从地层、钻井环境以及钻井工具三个方面出发，对技术难点进行分析，并结合相关难点提出了应对策略。

深井作业；硬地层；钻井速度

1 我国深井钻井速度现状

深井作业尤其是深井钻井作业能够在一定程度上反应一个国家在油田开发上的技术水平，其中深井钻井速度是最直观的反映。从当前世界各国深井钻井速度和超深井钻井速度来看，欧洲部分国家以及美国处于前列，而我国在深井钻井速度上相较于欧美等国还存在一定的差距。我国深井钻井作业起步较晚，但是在近二十年在该方面取得的成绩可圈可点，其中在钻井周期、钻头选型等方面所取得成绩更是令人称赞。我国在深井钻井速度上所存在的问题主要体现在深井机械钻速低。基于机械钻速在深井作业中的不足，我国深井钻井作业的开展一直都差强人意，为了对深井钻井速度进行全面提升，还需要对钻井工具和钻井技术进行深入研究，就此来看，我国在深井钻井速度上还有较大的提升空间。

2 我国深井硬地层钻井速度提升的技术难点2.1 深井硬地层难以满足钻井要求

从深井岩层结构来看，随着井深的增大，硬地层岩石所承受的上覆压力将会发生变化，其变化趋势呈现为随着井深的增大，上覆压力逐渐变大。同时，深井硬地层在岩石的骨架结构上也会发生变化，岩石的硬度和研磨性将会急剧增大，在此情况下，想要完成钻井工作，对于施工人员来说，难度大。我国油气田分布主要在新疆、四川等地，从深井岩层结构来看，随着井深的增多，岩层结构变化较大，硬地层变多，岩层硬度急剧增大，为钻井工作带来的难度，不能满足钻井速度的提升要求。这是目前我国深井硬地层钻井速度提升的技术难点之一。

2.2 深井硬地层钻井加压难度较大

在进行深井硬地层钻井作业时，由于井深偏大，钻柱在工作的过程很容易出现弯曲，从而造成钻井作业偏差，导致钻井路径与原设定路径出现偏差，这使得钻压增加或传递过程受阻。一旦深井硬地层钻井加压难度加大，则整个工程会受到阻碍，破岩效率将会出现较大幅度的下降，钻井速度也难以提升。在我国一些井区开展作业时，深井硬地层钻井加压难度大较为普遍，如在东北区深井钻井作业施工过程中，随着钻井作业深度的增大，钻头压力也会相应的增大，此时，钻井速度会出现大幅度的上升，但是井斜幅度也在增大，甚至会影响到整个矿井的安全。

2.3 深井硬地层钻井环境较为复杂

从前文叙述不难看出，在深井硬地层钻井作业中，随着井深的增大，作业环境也在发生变化，当然并不局限于上述内容。我国深井开钻作业中，因为钻井作业环境的复杂而带来的技术问题较多，其中在我国四川地区深井钻井作业中较为明显。川东地区是我国深井作业环境的重灾区，在该地区进行钻井作业时，极其容易遇见一些地质结构复杂，断层明显的环境，在此环境下进行施工作业，容易造成较为严重的井斜，同时钻井速度也会受到局限。在部分井段，各类岩层混集，尤其是在泥质岩层中开展钻井作业，钻头容易被泥岩包裹，从而影响到钻井作业，导致钻井速度减慢，甚至出现卡钻情况。同时，由于不同岩层的在硬度上会存在差距，部分岩层的硬度已经超过了钻头能够承受的范围，故而在实际钻井作业中遇到此类岩层，钻头难以继续深入，甚至出现跳钻的现象，对钻头形成不同程度的伤害。为了避免跳钻现象的发生，保证钻井速度，往往还需要做好钻头选型作业，但基于钻井环境的复杂性，钻头选型作业开展难度同样较大。

3 提高深井硬地层钻井速度的对策

3.1 优化钻头

在钻井作业中，尤其是深井硬地层钻井作业，为了提高钻井速度，首先需要做的便是选择合适的钻头，在钻头不能满足钻井需要时，则需要考虑，对钻头进行进一步优化，从而提高钻井速度。钻头优化措施有多种，现就其中几种常见的钻头优化措施进行介绍：一是牙轮钻头优化。牙轮钻头设计主要是对钻头的切削齿轮的形态进行调整，同时对其分布进行合理的调整。通过牙轮钻头优化，能够对钻头的受力面积进行拓展，从而避免出现应力集中现象，使钻头能够更加缓解钻井过程中的冲击力。此外，在牙轮钻头优化过程中，还可以对钻头的制作材料进行优化，通过优化制作材料来提高钻头的钻井能力。最后，还可以对轴承的密封性进行优化，如对轴承的内膜进行合金镶镀；二是PDC钻头优化。PDC钻头在钻井作业中应用较为广泛，但是该种钻头在深井作业中难以得到广泛应用，其主要是因为该种钻头不能应对高硬度的岩层，在此情况下容易失效。

3.2 脉冲射流提速

脉冲射流提速在当前的深井硬地层钻井作业中应用较多，其主要是因为该种措施不但能够辅助性破岩，同时还能够对钻孔及其周边进行及时的冲洗，从而便于钻井工作的继续开展。脉冲射流提速措施的应用之所以会起到提速作用，主要是因为高速的射流对硬地层产生作用，使其处于欠平衡状态，从而起到辅助破岩。此外，在钻井作业中，破岩产生的碎石粒或碎屑的存在会在一定程度上影响到施工作业，而脉冲射流能够在破岩的同时，冲击碎石，使其清理作业区域，避免进行重复切削。在当前脉冲射流提速技术中，常见的脉冲射流主要分为两类，一类是负压脉冲射流，该种射流主要是硬地层所受到的脉冲负压差；二是脉冲空化射流。该种脉冲射流提速主要作用机理的通过脉冲信号放大，从而实现射流的增强，根据不同矿井实际作业需求，在使用该种脉冲射流措施时，施工人员需要结合矿井情况对脉冲频率进行调节。

3.3 复合钻井技术

复合钻井技术在深井硬地层钻井作业中应用较大，并且在提高钻井速度上起到了关键性的作用，这在一定程度上促进了机械钻井作业的进步和钻井工艺的完善更新。现就两种常见的复合钻井技术进行介绍：一是高温直螺杆和PDC钻头复合钻井技术。该种复合钻井技术既能够克服钻井作业中钻井设备温度过高的问题，又增强了钻头的破岩效率。该种复合技术的出现能够为钻井速度的提高提供较大的帮助，能够在一定程度上解决钻井作业中的相关问题；二是钻具和钻头的复合技术。该种复合技术类型完全是针对钻头破岩效率而设计的，一般选用涡轮钻具，在钻头上，多选用金刚石钻头。该种复合技术的实现过程大致是钻井液驱动涡轮叶片，从而实现钻头的高速运转。

[1] 程华国，王吉东，刘以明，等.影响川东北地区深井机械钻速的原因分析与对策[J].石油钻探技术，2004，32（5）：20-21.

[2] 陈洪兵，周龙昌，张雷，等.俄罗斯减速器涡轮钻具驱动PDC钻头在西西伯利亚油田的成功应用[J].石油钻探技术，2005，33（2）：48-50.

[3] 王兴武，赵国顺，孙雪，等.巴楚探区深井钻井难点分析与技术对策[J].石油钻采工艺，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

何阳（1984—），男，安徽庐江人，工程师，主要研究方向为钻井工艺及钻井井下工具。