提高深井和超深井機械鉆速的方法

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械鉆速的因素

1.深井和超深井鉆井地層條件復雜

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

2.深井和超深井井身結構復雜

（1）為了確保順利鉆至目的層，深井和超深井鉆井井身結構設計時需考慮備用方案，而且為保證深部井段安全鉆進，Φ 444.5mm和Φ 311.l mm井段固井設計時一般要求套管盡量下深一些。為此深井井身結構普遍需五開或六開，復雜的井身結構導致深井、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，機械鉆速慢的問題越加突出，而且嚴重影響到全井的鉆井周期和鉆井速度。

（2）深部小尺寸井段機械鉆速低。深井、超深井深部井段的泥質砂巖和粉細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化，具有高抗壓強度和高研磨性的特點。在這種井段中鉆進，由于小井眼鉆井的配套技術(如鉆頭、動力鉆具等)未完全過關，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雜層段全部有效封隔,同一個裸眼井段內同時存在多個相互矛盾或對立工程問題的情況經常遇見。因此,經常出現井斜、井漏、井涌、井塌、縮徑等同時發生的嚴重復雜情況。

二、提高深井和超深井機械鉆速的建議

1.提高深井和超深井大尺寸井眼段機械鉆速

（1）深井或超深井鉆井盡量使用大功率的鉆機，特別是動力系統、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構和系列，特別是適合均質性差地層的PD C鉆頭和適應高轉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隨鉆監測井身質量，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，提高深井大尺寸井眼常規鉆井難鉆地層段機械鉆速。

2.提高深井和超深井下部小尺寸井眼機械鉆速

（1）小井眼鉆井采用復合鉆桿(Φ 127 mm鉆桿或Φ 127 mm非標鉆桿+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，使用結果表明，與牙輪鉆頭相比，該項技術可提高機械鉆速3-10倍以上，大幅度提高了深井小尺寸井眼難鉆地層的機械鉆速。

3.綜合引用成熟技術，有的放矢開展鉆井新工藝新技術試驗，提高常規井段機械鉆速

（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鉆頭是提速的關鍵。

（2）優選鉆井參數、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來提高機械鉆速；

（3）使用欠平衡鉆井技術、地質導向鉆井技術和垂直鉆井技術等先進技術提高215.9 mm-311.15mm井眼段機械鉆速；

（4）加強安全技術措施的實施力度,制定和實施科學合理的技術方案與措施是減小施工風險、保證鉆井安全、提高機械鉆速的前提條件。

4.對深井和超深井復雜工程問題的預防與處理。

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

5.加強工程問題的地質研究

復雜的地質條件成為制約深井、超深井鉆井速度的本質問題,地質問題研究取得突破,可以為鉆井提供較準確的地層資料。深入對地質問題進行技術攻關,充分利用物探地震資料、錄井資料和測井資料,利用地質學理論研究工程問題的預測與檢測。有了準確的地層資料就可以根據地層情況優化井身結構、優選鉆頭型號與鉆井參數、鉆具組合、鉆井液體系等,為鉆井中提高機械鉆速提供基礎和保障。

結論

提高深井、超深井機械鉆速,首先是要對深井、超深井所鉆地層有比較科學的認識；二是有先進的設備、可靠的工具和高效的鉆頭做保障;三是開展新工藝新技術的試驗和研究，依靠新技術提高深部難鉆地層的機械鉆速。總之只有依靠科技進步,綜合應用成熟配套技術，大膽嘗試和使用新技術、新工藝、新工具等配套技術,才能進一步提高深井、超深井鉆井速度,縮短建井周期,降低鉆井成本。

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