深井鉆井技術(shù)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(zhì)鉆井、工程地質(zhì)鉆井、地?zé)徙@井、石油鉆井、煤田鉆井、礦田鉆井和建筑地面鉆井。在進(jìn)行鉆井的過(guò)程當(dāng)中，很容易受到地質(zhì)條件的影響。地層當(dāng)中經(jīng)常存在一些深井，井下的地質(zhì)情況難以進(jìn)行探測(cè)。如果缺乏對(duì)深井井下的地質(zhì)狀況不夠了解，就會(huì)給鉆井工作帶來(lái)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(lái)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：深井；鉆井技術(shù)；工藝策略

鉆井，就是利用機(jī)械設(shè)備，將地層鉆出圓柱形孔眼的過(guò)程。按照巖石破碎方式和工具類(lèi)型的不同，可以分為頓鉆和旋轉(zhuǎn)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(yōu)點(diǎn)是對(duì)工藝設(shè)備的要求比較簡(jiǎn)單，花費(fèi)的成本比較少，不會(huì)污染儲(chǔ)油層和礦層，缺點(diǎn)是鉆井的速度慢，鉆井效率低。旋轉(zhuǎn)鉆就是利用鉆頭宣傳產(chǎn)生的力量切削或者研磨巖石，優(yōu)點(diǎn)是比頓鉆速度快，對(duì)于井塌、井噴等意外情況的抵抗能力也比較強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)鉆又可以分為轉(zhuǎn)盤(pán)鉆和井下動(dòng)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(guó)鉆井工程的效率和技術(shù)水平，必須改進(jìn)鉆井工藝，降低深井地形造成的妨礙。

一、深井鉆井過(guò)程中存在的問(wèn)題

深井鉆井往往要穿過(guò)多套底層，各個(gè)地層都形成于不同的年代，相互之間的差異也很大。對(duì)于同一井段來(lái)說(shuō)，地層的情況會(huì)很復(fù)雜，地下的壓力情況難以進(jìn)行分析。為了維護(hù)井的安全，必須綜合考慮各種復(fù)雜情況來(lái)采取預(yù)防措施和預(yù)防手段。對(duì)于深井地形來(lái)說(shuō)，井下往往處于一種高溫、高壓、高地層壓力的環(huán)境當(dāng)中，給鉆井工作帶來(lái)很大的困難[1]。就目前我國(guó)的鉆井技術(shù)來(lái)分析，其中存在的不足主要由以下幾方面：第一，我國(guó)鉆井的機(jī)械設(shè)備性能比較差，型號(hào)陳舊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外的鉆井設(shè)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(huán)境，在這種環(huán)境之下，鉆井的速度被大大降低，難以進(jìn)行提高。在多層套管時(shí)，小井眼礦井的鉆井速度也比較緩慢。第三，深井地段對(duì)于井漏、井噴、井塌等異?，F(xiàn)象的預(yù)防和處理比較困難。第四，深井地形的固井質(zhì)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(wèn)題、高溫穩(wěn)定劑的復(fù)配問(wèn)題、深井鉆井的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，也都需要在鉆井的同時(shí)加以解決。

二、深井鉆井的改進(jìn)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(huì)消耗大量的能源，導(dǎo)致鉆井機(jī)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(jī)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(guó)的鉆井機(jī)的鉆頭直徑型號(hào)比較少，對(duì)此要加以完善，豐富鉆頭的尺寸型號(hào)，提高大尺寸鉆頭的軸向移動(dòng)距離，增強(qiáng)大尺寸鉆頭在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。另外，還要采用井下動(dòng)力鉆具和復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，來(lái)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(duì)于深井的底部而言，巖石主要類(lèi)型是泥頁(yè)巖和泥質(zhì)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(qiáng)，從脆性巖石轉(zhuǎn)變成了致密巖石。這就給鉆井工作帶來(lái)了極大困難，鉆頭難以對(duì)這種巖石進(jìn)行破碎。而且，在深部井段當(dāng)中，鉆井液會(huì)持續(xù)給井底破碎出來(lái)的巖屑帶來(lái)壓力，這就導(dǎo)致巖屑不容易離開(kāi)井底，在井下覆蓋了厚厚一層，給鉆井工作造成了妨礙。我國(guó)目前已經(jīng)針對(duì)深部井段高抗壓強(qiáng)度和高研磨性的底層設(shè)計(jì)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(gòu)成，配以高速渦輪動(dòng)力鉆具，鉆速能夠達(dá)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(guó)目前的小井眼鉆井技術(shù)不僅鉆井速度慢，花費(fèi)的成本也比較高。而且，小井眼的內(nèi)部空間小，鉆井環(huán)境比較惡劣，轉(zhuǎn)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(dòng)力工具入手。還可以采用動(dòng)態(tài)壓井法，這種方法主要是解決地層壓力給鉆井帶來(lái)的困難，利用循環(huán)泥漿時(shí)產(chǎn)生的壓力損耗來(lái)控制底層的壓力，只要改變排量和鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度，就能夠防止發(fā)生井涌。

（四）深井防斜打直技術(shù)

深井地形的井段太長(zhǎng)，在鉆井的過(guò)程中容易發(fā)生偏移，導(dǎo)致鉆井的實(shí)際位置偏離預(yù)計(jì)的坐標(biāo)過(guò)遠(yuǎn)。如果是山坡、丘陵的地形，這種現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。如果鉆井發(fā)生偏斜，會(huì)妨礙固井的質(zhì)量，造成嚴(yán)重的安全事故。鉆柱在斜井的內(nèi)部容易靠到井壁的一側(cè)，當(dāng)鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆井時(shí)，與井壁會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的摩擦，破壞井壁造成礦井崩塌或者鉆柱被卡住，帶來(lái)嚴(yán)重的后果。另外，斜井還會(huì)影響井下的開(kāi)采工作。實(shí)踐表明，造成斜井的原因可能是地質(zhì)條件、鉆具結(jié)構(gòu)、鉆井技術(shù)、鉆井設(shè)備的安裝等方面。對(duì)此必須采用防斜打直技術(shù)保證礦井的方向上的垂直。常用的防斜打直技術(shù)有滿(mǎn)眼鉆具、鐘擺鉆具、復(fù)合鉆進(jìn)、吊打?？偠灾?，防止井斜需要采用防斜的鉆具，同時(shí)還要了解井下地層的變化情況，根據(jù)底層的變化采取調(diào)整措施，防止鉆井出現(xiàn)傾斜。

（五）減小技術(shù)套管的磨損

技術(shù)套管的套入，起到了隔離不同地層的作用。由于技術(shù)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(fā)生磨損。為了保證鉆井的質(zhì)量，技術(shù)套管必須要選取既能夠抗擊鉆具沖擊，又要具備高抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。在深部井段，地層帶來(lái)的壓力巨大，如果技術(shù)套管的安全系數(shù)不能達(dá)到技術(shù)要求，就會(huì)在巨大壓力下發(fā)生磨損甚至毀壞，造成局部鉆井報(bào)廢，甚至整個(gè)鉆井的報(bào)廢。另外，技術(shù)套管的磨損還會(huì)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(jié)論

深井地形的鉆井困難來(lái)自于多方面。首先是深井下面的地質(zhì)條件惡劣，鉆井工作受到各種條件的限制。然后是井身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，或者技術(shù)套管的設(shè)計(jì)強(qiáng)度不符合要求，沒(méi)有考慮到井斜情況等。最后是人為因素，比如鉆井設(shè)備安裝有問(wèn)題，鉆井流程不規(guī)范。我國(guó)必須針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析解決，改進(jìn)深井的鉆井工藝，提升深井地形的鉆井效率和鉆井質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]任福深，馬若虛，程曉澤等.粒子沖擊鉆井技術(shù)研究進(jìn)展及關(guān)鍵問(wèn)題[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2014，07：20-25.

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