提高深井和超深井機(jī)械鉆速的方法

田衍亮 海顯貴 任文峰(中國石油川慶鉆探公司塔里木工程公司 新疆 庫爾勒 841000)

一、影響深井和超深井機(jī)械鉆速的因素

1.深井和超深井鉆井地層條件復(fù)雜

深井和超深井鉆井鉆遇地層層系多，巖性變化較大、非均質(zhì)性強(qiáng)、可鉆性差，地質(zhì)條件異常復(fù)雜，同一井段可能鉆遇多套地層壓力系統(tǒng)，井壁穩(wěn)定難度大，地層安全密度窗口窄，漏噴共存等復(fù)雜問題，鉆井施工中同一井段需要預(yù)防幾種不同類別的井下復(fù)雜情況。再加上深部地層普遍存在高溫、高壓，會使井下復(fù)雜的預(yù)防措施少，事故復(fù)雜的處理難度大，處理手段有限。

2.深井和超深井井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜

（1）為了確保順利鉆至目的層，深井和超深井鉆井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計時需考慮備用方案，而且為保證深部井段安全鉆進(jìn)，Φ 444.5mm和Φ 311.l mm井段固井設(shè)計時一般要求套管盡量下深一些。為此深井井身結(jié)構(gòu)普遍需五開或六開，復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)導(dǎo)致深井、超深井大尺寸井眼（井徑≥Φ 311.1mm）的深度在不斷增加，井深6000～7000 m的井，Φ 311.l mm井眼一般要鉆深5500-6500 m，才能滿足下部鉆井的需要。隨著大尺寸井段的加深，大尺寸井段破巖效率低，機(jī)械鉆速慢的問題越加突出，而且嚴(yán)重影響到全井的鉆井周期和鉆井速度。

（2）深部小尺寸井段機(jī)械鉆速低。深井、超深井深部井段的泥質(zhì)砂巖和粉細(xì)砂巖在上覆巖層壓力的壓實作用下巖石硬度大非常致密，而且從常壓下脆性巖石向塑脆性巖石或硬塑性致密巖石轉(zhuǎn)化，具有高抗壓強(qiáng)度和高研磨性的特點。在這種井段中鉆進(jìn)，由于小井眼鉆井的配套技術(shù)(如鉆頭、動力鉆具等)未完全過關(guān)，小直徑牙輪鉆頭的軸承壽命較短，若用小直徑金剛石鉆頭，易受排量、轉(zhuǎn)速的限制。因此多種原因都影響著深井深部小尺寸井段的機(jī)械鉆速。

3.深井和超深井鉆井中多個工程問題共存

深井和超深井鉆井中地層不確定性因素多，在同一口井甚至在同一個地層段,同時存在多個工程問題。有限的套管層次不可能將各個復(fù)雜層段全部有效封隔,同一個裸眼井段內(nèi)同時存在多個相互矛盾或?qū)α⒐こ虇栴}的情況經(jīng)常遇見。因此,經(jīng)常出現(xiàn)井斜、井漏、井涌、井塌、縮徑等同時發(fā)生的嚴(yán)重復(fù)雜情況。

二、提高深井和超深井機(jī)械鉆速的建議

1.提高深井和超深井大尺寸井眼段機(jī)械鉆速

（1）深井或超深井鉆井盡量使用大功率的鉆機(jī)，特別是動力系統(tǒng)、絞車和泥漿泵，滿足大尺寸井眼鉆井所需的能量和排量要求；

（2）采用大尺寸鉆桿(Φ 149.23 mm、Φ 139.7 mm鉆桿或Φ 127 mm非標(biāo)鉆桿)和大尺寸鉆鋌（Φ 254mm或Φ 228 mm），解決大尺寸井眼鉆井的水力能量和破巖能量問題；

（3）完善大尺寸鉆頭的結(jié)構(gòu)和系列，特別是適合均質(zhì)性差地層的PD C鉆頭和適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的大尺寸牙輪鉆頭。

（4）上部大尺寸井眼使用垂直鉆井工具或井下動力鉆具加垂直鉆井工具，采用M WD隨鉆監(jiān)測井身質(zhì)量，做好深井大尺寸井段的防斜打快工作。

（5）在地層條件具備的情況下使用空氣鉆或欠平衡鉆井技術(shù)，提高深井大尺寸井眼常規(guī)鉆井難鉆地層段機(jī)械鉆速。

2.提高深井和超深井下部小尺寸井眼機(jī)械鉆速

（1）小井眼鉆井采用復(fù)合鉆桿(Φ 127 mm鉆桿或Φ 127 mm非標(biāo)鉆桿+Φ 101.6 mm鉆桿或Φ 88.9 mm鉆桿)，解決小尺寸井眼鉆井的水力能量和井底清潔問題；

（2）完善小尺寸井眼鉆井所需的鉆頭系列，特別是適合強(qiáng)研磨性地層的PD C鉆頭和長壽命的小尺寸牙輪鉆頭。

（3）針對特別難鉆地層，研究小尺寸井眼鉆井所需的特殊鉆頭和配套提速工具。針對高抗壓強(qiáng)度和高研磨性的地層，國外采用孕鑲金剛石鉆頭加高速渦輪鉆具組合，使用結(jié)果表明，與牙輪鉆頭相比，該項技術(shù)可提高機(jī)械鉆速3-10倍以上，大幅度提高了深井小尺寸井眼難鉆地層的機(jī)械鉆速。

3.綜合引用成熟技術(shù)，有的放矢開展鉆井新工藝新技術(shù)試驗，提高常規(guī)井段機(jī)械鉆速

（1）在地層條件允許的井段推廣使用PD C鉆頭或使用PD C+螺桿，在311.15mm井眼和215.9 mm井眼使用好PD C鉆頭是提速的關(guān)鍵。

（2）優(yōu)選鉆井參數(shù)、鉆井工具和噴嘴組合，在地層比較適合的井段利用水力加壓器、脈沖接頭、旋沖鉆具等新工具和噴射鉆井技術(shù)來提高機(jī)械鉆速；

（3）使用欠平衡鉆井技術(shù)、地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)和垂直鉆井技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)提高215.9 mm-311.15mm井眼段機(jī)械鉆速；

（4）加強(qiáng)安全技術(shù)措施的實施力度,制定和實施科學(xué)合理的技術(shù)方案與措施是減小施工風(fēng)險、保證鉆井安全、提高機(jī)械鉆速的前提條件。

4.對深井和超深井復(fù)雜工程問題的預(yù)防與處理。

深井和超深井鉆遇地層層系多，鉆井中經(jīng)常遇到各類事故復(fù)雜，常見的事故復(fù)雜有井塌卡鉆、縮徑卡鉆、溢流、井漏等。對鉆井事故復(fù)雜，因該采取提前預(yù)防，積極處理的原則，在現(xiàn)場工作中要運用好現(xiàn)有的技術(shù)，及時分析判斷井下情況，根據(jù)地層特點和井下情況，采取切實可行的預(yù)防和處理措施,盡量減少非生產(chǎn)時間,來提高行程鉆速。

5.加強(qiáng)工程問題的地質(zhì)研究

復(fù)雜的地質(zhì)條件成為制約深井、超深井鉆井速度的本質(zhì)問題,地質(zhì)問題研究取得突破,可以為鉆井提供較準(zhǔn)確的地層資料。深入對地質(zhì)問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),充分利用物探地震資料、錄井資料和測井資料,利用地質(zhì)學(xué)理論研究工程問題的預(yù)測與檢測。有了準(zhǔn)確的地層資料就可以根據(jù)地層情況優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、優(yōu)選鉆頭型號與鉆井參數(shù)、鉆具組合、鉆井液體系等,為鉆井中提高機(jī)械鉆速提供基礎(chǔ)和保障。

結(jié)論

提高深井、超深井機(jī)械鉆速,首先是要對深井、超深井所鉆地層有比較科學(xué)的認(rèn)識；二是有先進(jìn)的設(shè)備、可靠的工具和高效的鉆頭做保障;三是開展新工藝新技術(shù)的試驗和研究，依靠新技術(shù)提高深部難鉆地層的機(jī)械鉆速?？傊挥幸揽靠萍歼M(jìn)步,綜合應(yīng)用成熟配套技術(shù)，大膽嘗試和使用新技術(shù)、新工藝、新工具等配套技術(shù),才能進(jìn)一步提高深井、超深井鉆井速度,縮短建井周期,降低鉆井成本。

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[2]張東海,等加快深井鉆井速度的幾點建議[J].石油知識,2004,(1).

[3]劉景成,深井超深井鉆井新技術(shù)與復(fù)雜鉆井新工藝及鉆井質(zhì)量全程控制實用手冊[M].中國知識出版社,2006.