鉆井工程中影響鉆井機械速度的因素及措施分析

摘 要：隨著經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，對于石油天然氣等各項能源的需求不斷上升，所以要提高能源勘探的效率，為經(jīng)濟建設(shè)提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)。在能源勘探的過程中，會遇到各種不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，有些深層巖石的硬度較大、溫度較高，為鉆井帶來了一定的難度。為了提高鉆井工程的效率，應(yīng)該對影響鉆井機械速度的原因進行分析，然后提出相應(yīng)的建議，從實質(zhì)上解決鉆井機械的速度問題，對促進我國石油天然氣的勘探效率具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：探井鉆井 速速 因素探討

中圖分類號：TD26 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0062-01

1 影響鉆井機械速度的主要影響因素分析

1.1 地質(zhì)因素影響

（1）在較深的地層結(jié)構(gòu)中，由于巖層的硬度較大，所以可鉆性較差。隨著深度的增加，可鉆性等級越高，根據(jù)每層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，可鉆性也發(fā)生著變化。在較深的井段中，由于高溫高壓的原因，會提高可鉆性的等級難度。在含有泥巖和泥質(zhì)砂巖的地層中，由于彈性、塑性和脆性發(fā)生了變化，所以提高了破碎的難度。在砂泥巖互層并且含有礫石層時，還會發(fā)生跳鉆現(xiàn)象，會降低鉆具的使用壽命，影響到鉆井機械的速度。

（2）深部地層巖性不均質(zhì)，常發(fā)生礫石塊剝落，井下復(fù)雜情況發(fā)生幾率增多深部地層不但宏觀上巖性復(fù)雜，而且同一巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在鉆井過程中，常有剝落坍塌的礫石塊，致使鉆頭先期損壞。

（3）地層溫度高。高溫高壓對鉆井液性能影響較大，也致使鉆頭保徑齒和切削齒脫落、井下工具密封失效和鎢鋼柱脫落，造成井下復(fù)雜情況增加和固井難度增大。

（4）地層傾角大。對于地層傾角大約為20～60。的井，為了控制井身質(zhì)量，常常需要輕壓吊打，這就嚴(yán)重影響了深井的機械鉆速。

1.2 鉆井工程因素

（1）鉆井方式。

鉆井方式的選擇會直接影響到鉆井工程的效率，一般情況下，在確定完井深結(jié)構(gòu)以后，就會根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的鉆井方式，這是提高單位井段鉆井效率的重要因素。在以往的鉆井工程中，基本都采用以下鉆井方式。在上部地質(zhì)比較松軟的地層，一般都會采用以水力破巖為主、機械破巖為輔的噴射式；在中深部地層井段中，采用機械破巖為主、水力破巖為輔的方式；在地層比較深的硬巖層，因為會對管內(nèi)造成較大的壓力，增加損耗，所以主要是以機械破巖為主。這種傳統(tǒng)的機械鉆井方式，不僅速度低，并且耗用周期長，在能源需求量較大的時期，無法滿足能源勘探的發(fā)展需求。

（2）鉆井設(shè)備。

由于受到資金以及技術(shù)條件的限制，我國現(xiàn)有大部分的鉆井設(shè)備還比較落后，無法滿足能源勘探的發(fā)展需求。現(xiàn)階段的鉆井裝備主要包括鉆機、泥漿泵、泥漿凈化的固控設(shè)備、鉆桿鉆鋌等井下鉆具等，這些裝備的現(xiàn)有性能都是影響鉆井效率的因素。在鉆井工程中，因為上部井段的直徑較大，所以需要較大的排量，這就需要保證雙泵同時打鉆，在鉆桿鉆鋌的外徑尺寸不夠的情況下，就會導(dǎo)致井下的機械能量不夠，影響到鉆井速度；現(xiàn)有的泥漿凈化固控設(shè)備水平較低，無法有效降低泥漿中的固相含量，在泥漿密度較高的情況下，導(dǎo)致井下壓差增高，容易出現(xiàn)重復(fù)破碎現(xiàn)象；因為鉆桿鉆鋌的內(nèi)徑較小，所以會增加下部井段的水能損耗，降低了鉆頭的壓降，影響到井底清洗的效果。

（3）鉆井液。

為了保證深層鉆井的機械提升速度以及安全性，一般都會使用鉆井液，防止井底坍塌、擴張直徑以及降低溫度。但是在深度鉆井中，隨著深度的下降，井底的壓差就會越來越大，機械提升速度就會受到影響，所以應(yīng)該盡量降低鉆井液的密度，減少對井底壓差的影響。除此之外，鉆頭型號的選擇、鉆井過程中各項參數(shù)的優(yōu)化以及鉆具的組合等，都是影響鉆井速度的重要因素，所以要科學(xué)合理的選擇。

2 提高鉆井速度措施

2.1 提高鉆井技術(shù)

從旋轉(zhuǎn)鉆井的角度出發(fā)，要想提高鉆井速度，主要應(yīng)該增加鉆頭在巖底的破巖能量，從改善鉆壓和轉(zhuǎn)速兩個因素來提升。因為鉆壓和轉(zhuǎn)速的技術(shù)改進會受到很多因素的限制，所以從現(xiàn)階段的技術(shù)能力出發(fā)主要是以提高轉(zhuǎn)速為主。提高轉(zhuǎn)速主要有兩種方式：一方面是增加轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速或采用頂部驅(qū)動裝置，另一方面是采用井下動力鉆具加低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)鉆柱的復(fù)合鉆井技術(shù)。但第一種方法受鉆具強度、鉆機能量限制，轉(zhuǎn)速提高幅度有限。而采用PDC+井下動力鉆具的復(fù)合鉆井技術(shù)，可充分發(fā)揮PDC鉆頭適宜高轉(zhuǎn)速剪切地層的特性，大大提高PDC鉆頭轉(zhuǎn)速和機械破巖能量，從而提高機械鉆速。

2.2 提高裝備水平

根據(jù)噴射鉆井理論，射流沖擊力的大小決定水力破巖效果。室內(nèi)試驗證明巖石所能承受的抗外壓強度比抗內(nèi)壓和抗張強度高，在相當(dāng)水力壓力作用下，巖石發(fā)生水力壓裂和水力破碎。特別是對提高深井中上部井段機械鉆速成效顯著，因為深井大尺寸鉆頭鉆速較低的主要原因是鉆頭破巖能量不足，而深井大尺寸井段地層巖性相對較軟。如果能充分發(fā)揮利用高壓水力射流能量破巖，其水力高壓射流能量與鉆頭機械能量聯(lián)合破巖就會大幅度提高大尺寸井段機械鈷速。

2.3 欠平衡鉆井技術(shù)提速

液體欠平衡鉆井許多室內(nèi)實驗和大量現(xiàn)場實鉆統(tǒng)計都表明：過平衡鉆井的正壓差不僅導(dǎo)致污染油氣儲層，也容易加重地層漏失，特別是在低壓、虧空及裂縫地層；同時由于正壓對地層巖石的壓持作用，也是影響鉆速的最重要因素之一，欠平衡鉆井可以明顯地提高機械鉆速，同時減少漏失復(fù)雜情況，從而提高探井鉆井速度。條件成熟時可轉(zhuǎn)為霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣液鉆井。

2.4 優(yōu)化鉆井液技術(shù)

經(jīng)過多年的探索與時間，目前已基本形成適合于快速鉆井的鉆井液技術(shù)。深井的上部井段使用鉆井液體系，歸納起來可以劃分為三大類：（1）鉀銨聚合物鉆井液體系；（2）聚合物——腐植酸鉀鉆井液體系；（3）聚磺鉀石灰鉆井液體系。中部地層在原聚合物鉆井液的基礎(chǔ)上，加入磺化處理劑、含有鉀離子的無機鹽或聚合物、防塌劑、潤滑劑等分別組成聚磺鉆井液、鉀基聚磺鉆井液、聚磺防卡防塌鉆井液體系。下部須家河組地層，巖性為砂巖、頁巖、碳質(zhì)頁巖夾煤層（線）易剝落掉塊、垮塌，裂縫發(fā)育，并存在兩個不同壓力系統(tǒng)。其中以聚磺防卡防塌鉆井液體系應(yīng)用較多、效果較好。

3 結(jié)語

為了保證能源的穩(wěn)定供應(yīng)，需要提高能源勘探工作的效率，而大多數(shù)石油天然氣等能源的地理分布不均，很多都儲存在地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的地層中。在較深的地層中，經(jīng)常含有大量的硬質(zhì)巖石，可鉆性較小，所以為鉆井效率帶來很大的難度。在鉆井的過程中，由于受到技術(shù)條件的限制，鉆井機械的速度會受到不同程度的影響，以至于影響到我國能源勘探的發(fā)展進程。所以為了提升鉆井機械的運行速度，應(yīng)該不斷的優(yōu)化鉆進工具，提高鉆井技術(shù)，做好各項安全保障措施，為能源勘探事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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