深井钻井技术工艺探讨
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摘 要：钻井过程中，常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。
关键词：深井 钻井技术 工艺策略
在钻井过程中，常常会受地层的影响遇到一些深井。此类井由于深度特别深，井下地质状况不甚明晰，往往由于相关预告不准确导致钻井出现许多情况，从而影响钻井的速度和效率。而探讨这些因素，进行深入分析，并提出相关解决策略是摆在相关工作者面前的一项重大课题。本文结合笔者经验就深井钻井来讲，如何提升钻井技术工艺谈几点看法。
一、深井钻井所存在的问题分析
深井钻井要穿过多套地层，这些地层跨越的地质时代较多、变化较大，相应的地质条件错综复杂，同一井段可能包括压力梯度相差较大的地层压力体系和复杂地层等，施工时一口井中需要预防和处理几种不同性质的井下复杂情况。再加上深部地层高温、高压、高地层应力等，会使井下复杂的严重程度和处理复杂的难度大大加剧。就目前我国的钻井技术水平来说，钻深井存在的技术问题主要以下几个方面：
钻井的主要装备性能差、比较陈旧，和国外的先进装备相比落后的太远了。上部大尺寸井眼和深部井段提高钻井速度是一大难题。多层套管时，深部井段小井眼的钻井速度问题。减小技术套管磨损和破裂后处理问题。防斜打直技术。深井固井质量问题。井漏、井涌、井塌、缩径等复杂情况的预防和处理。深井定向井、水平井钻井技术。深井钻井液现有体系中的包被剂抗温问题、高温稳定剂的复配问题、深井高密度钻井液流变性能稳定问题、深井钻井液的环境保护问题、深井钻井液检测系统陈旧、不配套问题。
二、提升深井钻井技术工艺的几点措施
1.提高深井大直径井段的钻井速度。
提高钻井装备的装机功率，解决大尺寸井眼所需的能量和排量问题。采用大尺寸钻杆和钻铤，解决水力能量和破岩能量问题。完善大尺寸钻头的结构和系列，特别强调的是要增加大尺寸钻头的移轴距和适应高转的性能。采用井下动力钻具和复合钻进技术，提高机械钻速。
2.提高深部井段钻井速度。
深部井段的泥页岩和泥质砂岩等在上覆盖地层压力下变得非常致密，不仅密度和硬度增加，而且从常压下脆性岩石向塑脆性岩石或硬塑性致密岩石转化，牙轮钻头的牙齿在这种岩石中破碎起来非常困难。另外，随着钻井液密度和井深的增加，液柱压力对井底破碎出来的岩屑产生压持作用，牙轮钻头破碎出来的岩屑在压差作用下不易离开井底，结果是在井底形成垫层，降低了破碎效率等。多种原因都影响着深井深部井段的机械钻速，使得机械钻速极低。提高深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速，缩短钻井周期，一直是困扰钻井工作者的技术难点。随着钻头和井下工具技术的发展和实践，针对高抗压强度和高研磨性的地层，国外目前逐步推出了一套提高机械钻速的技术途径，即采用特殊设计的人造金刚石孕镶钻头与高速涡轮动力钻具组合，依靠强化钻井参数的办法提高钻速。与牙轮钻头相比，该项技术可提高机械钻速三至十倍以上，大幅度提高了深井在高抗压强度和高研磨性地层的机械钻速。
3.提高深井下部小直径井眼机械钻速。
在二百一十五点九毫米井眼中，下完一百三十九点七毫米套管或一百七十七点毫米套管后使用一百一十七点四八毫米或一百四十九点二三毫米钻头钻进。在这种井段中钻进，小直径牙轮钻头的轴承寿命较短，若用小直径金刚石钻头，在有些地层的机械钻速也很慢，这都是深井小井眼钻井的难题。如果能提高小井眼井段的机械钻速，对深井钻井具有重要意义。由于许多小井眼钻井的配套技术（如钻头、动力钻具等）未完全过关，因此不仅钻速慢，而且成本也很高。再加上深部小井眼钻进，转速、扭矩、排量、钻压等都受到很大的限制。所以，解决适应深部小直径井眼使用的小尺寸钻头和动力工具等，是提高小直径井眼机械钻速的关键，如单牙轮钻头目前使用的还不错；小直径螺杆使用的也不错，但就是质量不稳定。
4.深井防斜打直技术。
防斜打直技术，特别是山前高陡构造的防斜技术。深井因为井段长，如果方位不变，即使井斜不大，到底位移也会超标。井打斜了，给钻井工作本身也增加了不少困难，甚至造成严重事故。在斜井内，钻柱易靠在井壁的一侧，旋转时发生严重摩擦，在井斜突变井段钻柱发生弯曲易使钻柱磨损和折断，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻事故。对于采油工作来说，井斜过大会直接影响井下的分层开采，注水工作的正常进行对抽油井也常引起油管和抽油杆的磨损和折断甚至造成严重的井下事故。钻井实践表明，影响井斜的原因是多方面，如地质，钻具结构，钻进技术措施，操作技术措施，操作技术，以及设备安装质量等。目前我们使用的防斜技术有：满眼钻具、钟摆钻具、复合钻进、吊打等，但这些技术都有它的局限性，如在地层倾角大的地区使用效果很差。总的说来，控制井斜的方法通常采用有力的防斜钻具，以减小钻头上的增斜力，或增大减斜力，使井斜不超过一定允许范围又同时允许加大钻压以提高钻速。此外还需要掌握井下地层变化规律，在特定钻井条件下采用有效钻进技术措施与操作技术，才能取得预期的效果。我国应加大对于这方面的技术研究，向先进技术靠近。
5.减小技术套管的磨损技术。
技术套管是为封隔复杂地层而下入的，在后续的钻进中要承受井喷时的内压力和钻具的碰撞和磨损。技术套管的设计特点是既要有较高的抗压强度，又要有抗钻具冲击磨损的能力。
套管磨损的主要形式为偏磨，偏磨后的套管横截面呈月牙型。一方面套管圆周上呈月牙型部位壁厚最薄，导致抗挤强度大大降低。在高地层压力作用下，如果设计的套管安全系数没有足够大，容易导致套管挤毁，造成钻井报废或局部井段报废。另一方面，偏磨套管在抗挤强度降低的同时其抗内压强度也随着降低。在井控及中途测试时，如果没有充分考虑到套管磨损的影响，可能造成严重后果。特别是气井完井井控和测试时，要么冒套管破裂地面窜气的风险，要么提前入套管或下套管后再测试。这不仅造成重大经济损失，而且给加深钻井造成困难或钻不到设计深度
三、结束语
综上，笔者认真分析了影响深井钻井速度和效率的各种原因，通过研究发现，主要有如下方面，一是因为地质的因素，井身结构设计不合理等情况而导致的影响钻井效率问题；二是某些井队由于外头的问题不能够适应井深的变化而导致影响钻井效率；三是在破岩时，出现机械能量不够从而导致影响钻井效率；四是在地层的易斜层，通过小钻压吊打来控制井斜而导致影响钻井效率；五是井眼的净化不佳，钻井液的性能不好出现导致影响钻井效率；另外还有深井地层岩石过硬，而导致影响钻井效率等等。希望笔者浅显的论述能为深井钻井技术的提升起到推动和帮助作用。
参考文献
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