深井鉆井現(xiàn)狀與提高速度的先進技術(shù)方法 深井鉆井現(xiàn)狀與提高速度的先進技術(shù)方法 摘 要：文章首先剖析了深井鉆井的現(xiàn)狀及存在的主要問題然后提出相關(guān)建議，隨后探討了深井鉆井中的幾種鉆井技術(shù)，以提高其鉆井速度并降低鉆井本錢。 關(guān)鍵詞：深井鉆井 技術(shù) 速度 一個國家綜合鉆井技術(shù)水平上下的標(biāo)志之一就是深井、超深井鉆井技術(shù)的成就，我國在深井及超深井鉆井技術(shù)方面與國外先進水平相比還有相當(dāng)大的差距。只有應(yīng)針對目前存在主要問題然后采取相關(guān)措施，才能提高我國深井和超深井鉆井技術(shù)水平，縮短我國在深井及超深井鉆探技術(shù)領(lǐng)域與國外先進水平的差距。 一、深井鉆井的現(xiàn)狀 深井鉆井要穿過多層地層，這些地層穿越的地質(zhì)時代較多、變化也很大，同一井段可能包括壓力梯度相差較大的地層壓力體系和復(fù)雜地層等，相應(yīng)的地質(zhì)條件也錯綜復(fù)雜，施工時一口井中需要預(yù)防和處理幾種不同性質(zhì)的井下復(fù)雜情況。再加上深部地層高溫、高壓、高地層應(yīng)力等，會使井下復(fù)雜的嚴(yán)重程度和處理復(fù)雜的難度大大加劇。就目前我國的鉆井技術(shù)水平來說，鉆深井存在的技術(shù)問題主要以下幾個方面： 1.鉆井的主要裝備功能差、比擬落后，和國外的先進裝備相比差的太遠了。 2.上部大尺寸井眼和深部井段提高鉆井速度是一大難題。 3.多層套管時，深部井段小井眼的鉆井速度問題。 4.減小技術(shù)套管磨損和破裂后處理問題。 5.防斜打直技術(shù)。 6.深井固井質(zhì)量問題。 7.井漏、井涌、井塌、縮徑等復(fù)雜情況的預(yù)防和處理。 8.深井定向井、水平井鉆井技術(shù)。 9.深井鉆井液現(xiàn)有體系中的包被劑抗溫問題、深井鉆井液的環(huán)境保護問題、深井高密度鉆井液流變性能穩(wěn)定問題、高溫穩(wěn)定劑的復(fù)配問題、深井鉆井液檢測系統(tǒng)落后不配套問題。 二、對深井鉆井的相關(guān)提議 1.提高深井大直徑井段的鉆井速度 1.1提高鉆井裝備的裝機功率，解決大尺寸井眼所需的能量和排量問題。 1.2采用井下動力鉆具和復(fù)合鉆進技術(shù)，提高機械鉆速。 1.3采用大尺寸鉆桿和鉆鋌，解決水力能量和破巖能量問題。 1.4完善大尺寸鉆頭的結(jié)構(gòu)和系列，特別強調(diào)的是要增加大尺寸鉆頭的移軸距和適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的性能。 2.提高深部井段鉆井速度 深部井段的泥頁巖和泥質(zhì)砂巖等在上覆蓋地層壓力下變得非常致密，不僅密度和硬度增加，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，牙輪鉆頭的牙齒在這種巖石中破碎起來非常困難。另外，隨著井深和鉆井液密度的增加，液柱壓力對井底破碎出來的巖屑產(chǎn)生壓持作用，牙輪鉆頭破碎出來的巖屑在壓差作用下不易離開井底，結(jié)果是在井底形成墊層，降低了破碎效率等。多種因素都影響著深井深部井段的機械鉆速，使得機械鉆速極低。 提高深井在高抗壓強度和高研磨性地層的機械鉆速，縮短鉆井周期，一直是困擾鉆井工作者的技術(shù)難點。隨著鉆頭和井下工具技術(shù)的開展和實踐，針對高抗壓強度和高研磨性的地層，國外目前逐步推出了一套提高機械鉆速的技術(shù)途徑，即采用特殊設(shè)計的人造金剛石孕鑲鉆頭與高速渦輪動力鉆具組合，依靠強化鉆井參數(shù)的方法提高鉆速。與牙輪鉆頭相比，該項技術(shù)可提高機械鉆速310倍以上，大幅度提高了深井在高抗壓強度和高研磨性地層的機械鉆速。 3.減小技術(shù)套管的磨損技術(shù) 3.1采用井下動力鉆具，減少鉆具的轉(zhuǎn)動，這種方法最有效，但要防止粘卡卡鉆。 3.2把斜井段打平滑，把直井段打直，減少鉆具與套管之間的壓力和接觸點的固定。 3.3采用設(shè)計合理的鉆桿護箍。護箍能減少鉆桿與套管的磨損，但如果護箍設(shè)計不合理會容易掉，有可能造成卡鉆事故。 3.4提高井下工具的使用壽命，減少起下鉆的頻率。 3.5提高鉆井速度，縮短鉆井周期。 三、提升鉆井速度的幾種先進技術(shù) 1.深井優(yōu)化設(shè)計技術(shù) 深井和超深井鉆井是一項費用很高的工程，為保證平安、經(jīng)濟和快速鉆成深井和超深井就要有一套正確的設(shè)計方案。 1.1鉆井鉆機和裝備的選擇 要求選用先進的鉆機和設(shè)備，要求設(shè)備功率大、自動化程度高、根底穩(wěn)固、配套齊全。鉆機及提升系統(tǒng)性能滿足提升最重套管柱及鉆柱載荷及鉆進的需要。鉆井泵組要能提供噴射鉆井和清洗井眼的水功率。井架負(fù)荷能力及立根盒容量要符合設(shè)計要求。底座高度要能裝34套防噴器組，要有完善的井控系統(tǒng)，防噴器組、節(jié)流管匯、控制系統(tǒng)等都要符合深井地層壓力要求。所有的設(shè)備、器材事先都要進行認(rèn)真嚴(yán)格的檢查，以保證平安。 1.2套管程序設(shè)計 在確定深井井身結(jié)構(gòu)時，需要根據(jù)地震資料，鄰近井資料對多個層段的地層孔隙壓力和地層破裂壓力梯度作出較為準(zhǔn)確的預(yù)測。根據(jù)不同的壓力體系合理設(shè)計套管柱的類型和強度。對于尾管設(shè)計，要準(zhǔn)確地確定出尾管懸掛深度。在懸掛點以下的鉆具可以采用小尺寸，具有較高的抗內(nèi)壓強度。合理的套管下入程序是提高深井鉆井速度的保證。 1.3鉆柱組合設(shè)計 深井鉆柱設(shè)計一般采用穩(wěn)定的滿眼剛性組合，普遍使用穩(wěn)定器、減震器和隨鉆震擊器。 對f244.5以上的大井眼，常用大直徑塔式鉆具組合，鉆桿與鉆鋌之間用加重鉆桿過渡。 超深井常常采用復(fù)合鉆柱，鋼級一般為G-105級，有時上部用S-135，設(shè)計充裕拉力至少為45噸。 2.推廣應(yīng)用近平衡鉆井技術(shù) 深井壓差大是深井鉆速低的一個很重要的原因，鉆井液對井底的巖石和對鉆頭破碎產(chǎn)生的巖屑壓持作用大。地層越深，壓持程度越大，巖石強度也逐漸增大。在鉆頭正常工作期間，底部巖石致密，滲透性差，鉆井液濾失水難以滲入其中。其次，巨大的液柱壓力會壓住即將脫離母體的巖屑。如果液柱壓力和地層孔隙壓力的差值越大，那么這種情形會更加嚴(yán)重，巖屑在井底被重復(fù)破碎的次數(shù)會更多。因此，利用水力能量清洗井底巖石就顯得非常重要。而實現(xiàn)近平衡鉆井可很好地到達這一目的。 3.使用隨鉆測量系統(tǒng)和頂部驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù) 3.1頂部驅(qū)動系統(tǒng) 頂部驅(qū)動系統(tǒng)用接立柱代替接單根，使接鉆柱的時間減少三分之二，可進行倒劃眼，提高鉆易垮塌地層的能力，起下鉆時可不斷旋轉(zhuǎn)鉆桿和循環(huán)鉆井液等多項優(yōu)點，目前已從海上擴大應(yīng)用到陸地鉆機上，用以打難度較大的一些深井，以利于平安鉆井和快速鉆井。 3.2隨鉆測量技術(shù) 隨鉆測量技術(shù)開展到今天，已不再只是提高定向工程參數(shù)，已開展到在鉆井最優(yōu)化、地層評價、高壓檢測和平安鉆井等方面，成為當(dāng)前深井鉆井技術(shù)中的重要開展方向之一。它能起到多方面的作用：檢測鉆進參數(shù)，優(yōu)化鉆井作業(yè)；提供地層評價參數(shù)；檢測氣體溢流確保平安鉆井。 4.深井鉆井模擬技術(shù) 美國、前蘇聯(lián)、英國都有技術(shù)水平相當(dāng)高的全尺寸深井鉆井模擬實驗室。即在地面實驗室可以模擬5000m以上的溫度場、壓力場，并用相似數(shù)為1：1的鉆井設(shè)備進行模擬實鉆，然后利用完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集模擬鉆進過程中產(chǎn)生的所有信息資料。由于是采用全尺寸模擬技術(shù)，不存在尺寸效應(yīng)，這些信息真實地包含了深井鉆井規(guī)律，對這些信息進行處理，那么可以較為準(zhǔn)確地掌握深井鉆井的實質(zhì)。在實鉆過程中就能夠及時采用正確的鉆井技術(shù)，大量減少無謂的鉆井投資，真正有效地提高鉆井速度。 參考文獻 【1】謝國民.提高深井鉆井速度的幾種技術(shù)J.鉆采工藝，1998. 【2】趙輝.加快深井鉆井速度的幾點建議J.民營科技，2021.