深井鉆井現(xiàn)狀與提高速度的先進(jìn)技術(shù)方法

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1、深井鉆井現(xiàn)狀與提高速度的先進(jìn)技術(shù)方法 深井鉆井現(xiàn)狀與提高速度的先進(jìn)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(wèn)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(qián)。 關(guān)鍵詞：深井鉆井 技術(shù) 速度 一個(gè)國(guó)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(guó)在深井及超深井鉆井技術(shù)方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距。只有應(yīng)針對(duì)目前存在主要問(wèn)題然后采取相關(guān)措施，才能提高我國(guó)深井和超深井鉆井技術(shù)水平，縮短我國(guó)在深井及超深井鉆探技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外先進(jìn)水平的差距。 一、深

2、井鉆井的現(xiàn)狀 深井鉆井要穿過(guò)多層地層，這些地層穿越的地質(zhì)時(shí)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(cuò)綜復(fù)雜，施工時(shí)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(huì)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(guó)的鉆井技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，鉆深井存在的技術(shù)問(wèn)題主要以下幾個(gè)方面： 1.鉆井的主要裝備功能差、比擬落后，和國(guó)外的先進(jìn)裝備相比差的太遠(yuǎn)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(shí)，深部井段小井眼的鉆井速度問(wèn)題。 4.減小技

3、術(shù)套管磨損和破裂后處理問(wèn)題。 5.防斜打直技術(shù)。 6.深井固井質(zhì)量問(wèn)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(wèn)題、深井鉆井液的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題、深井高密度鉆井液流變性能穩(wěn)定問(wèn)題、高溫穩(wěn)定劑的復(fù)配問(wèn)題、深井鉆井液檢測(cè)系統(tǒng)落后不配套問(wèn)題。 二、對(duì)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(jī)功率，解決大尺寸井眼所需的能量和排量問(wèn)題。 1.2采用井下動(dòng)力鉆具和復(fù)合鉆進(jìn)技術(shù)，提高機(jī)械鉆速。 1.3采用大尺寸鉆

4、桿和鉆鋌，解決水力能量和破巖能量問(wèn)題。 1.4完善大尺寸鉆頭的結(jié)構(gòu)和系列，特別強(qiáng)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(yè)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(lái)非常困難。另外，隨著井深和鉆井液密度的增加，液柱壓力對(duì)井底破碎出來(lái)的巖屑產(chǎn)生壓持作用，牙輪鉆頭破碎出來(lái)的巖屑在壓差作用下不易離開(kāi)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(jī)械鉆速，使得機(jī)械鉆速極低。 提高深井

5、在高抗壓強(qiáng)度和高研磨性地層的機(jī)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(diǎn)。隨著鉆頭和井下工具技術(shù)的開(kāi)展和實(shí)踐，針對(duì)高抗壓強(qiáng)度和高研磨性的地層，國(guó)外目前逐步推出了一套提高機(jī)械鉆速的技術(shù)途徑，即采用特殊設(shè)計(jì)的人造金剛石孕鑲鉆頭與高速渦輪動(dòng)力鉆具組合，依靠強(qiáng)化鉆井參數(shù)的方法提高鉆速。與牙輪鉆頭相比，該項(xiàng)技術(shù)可提高機(jī)械鉆速3～10倍以上，大幅度提高了深井在高抗壓強(qiáng)度和高研磨性地層的機(jī)械鉆速。 3.減小技術(shù)套管的磨損技術(shù) 3.1采用井下動(dòng)力鉆具，減少鉆具的轉(zhuǎn)動(dòng)，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(diǎn)的固定

6、。 3.3采用設(shè)計(jì)合理的鉆桿護(hù)箍。護(hù)箍能減少鉆桿與套管的磨損，但如果護(hù)箍設(shè)計(jì)不合理會(huì)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(jìn)技術(shù) 1.深井優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) 深井和超深井鉆井是一項(xiàng)費(fèi)用很高的工程，為保證平安、經(jīng)濟(jì)和快速鉆成深井和超深井就要有一套正確的設(shè)計(jì)方案。 1.1鉆井鉆機(jī)和裝備的選擇 要求選用先進(jìn)的鉆機(jī)和設(shè)備，要求設(shè)備功率大、自動(dòng)化程度高、根底穩(wěn)固、配套齊全。鉆機(jī)及提升系統(tǒng)性能滿(mǎn)足提升最重套管柱及鉆柱載荷及鉆進(jìn)的需要。鉆井泵組要能提

7、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(jì)要求。底座高度要能裝3～4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(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)格的檢查，以保證平安。 1.2套管程序設(shè)計(jì) 在確定深井井身結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)地震資料，鄰近井資料對(duì)多個(gè)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(cè)。根據(jù)不同的壓力體系合理設(shè)計(jì)套管柱的類(lèi)型和強(qiáng)度。對(duì)于尾管設(shè)計(jì)，要準(zhǔn)確地確定出尾管懸掛深度。在懸掛點(diǎn)以下的鉆具可以采用小尺寸，具有較高的抗內(nèi)壓強(qiáng)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(jì)

8、 深井鉆柱設(shè)計(jì)一般采用穩(wěn)定的滿(mǎn)眼剛性組合，普遍使用穩(wěn)定器、減震器和隨鉆震擊器。 對(duì)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(guò)渡。 超深井常常采用復(fù)合鉆柱，鋼級(jí)一般為G-105級(jí)，有時(shí)上部用S-135，設(shè)計(jì)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(gè)很重要的原因，鉆井液對(duì)井底的巖石和對(duì)鉆頭破碎產(chǎn)生的巖屑?jí)撼肿饔么?。地層越深，壓持程度越大，巖石強(qiáng)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(huì)壓住即將脫離母體的巖屑。如果液柱壓力和地

9、層孔隙壓力的差值越大，那么這種情形會(huì)更加嚴(yán)重，巖屑在井底被重復(fù)破碎的次數(shù)會(huì)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(shí)現(xiàn)近平衡鉆井可很好地到達(dá)這一目的。 3.使用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)和頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù) 3.1頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用接立柱代替接單根，使接鉆柱的時(shí)間減少三分之二，可進(jìn)行倒劃眼，提高鉆易垮塌地層的能力，起下鉆時(shí)可不斷旋轉(zhuǎn)鉆桿和循環(huán)鉆井液等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，目前已從海上擴(kuò)大應(yīng)用到陸地鉆機(jī)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(cè)量技術(shù) 隨鉆測(cè)量技術(shù)開(kāi)展到今天，已不再只是提高定向工程參數(shù)，已開(kāi)展到在鉆井最優(yōu)化、地層評(píng)價(jià)

10、、高壓檢測(cè)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(kāi)展方向之一。它能起到多方面的作用：檢測(cè)鉆進(jìn)參數(shù)，優(yōu)化鉆井作業(yè)；提供地層評(píng)價(jià)參數(shù)；檢測(cè)氣體溢流確保平安鉆井。 4.深井鉆井模擬技術(shù) 美國(guó)、前蘇聯(lián)、英國(guó)都有技術(shù)水平相當(dāng)高的全尺寸深井鉆井模擬實(shí)驗(yàn)室。即在地面實(shí)驗(yàn)室可以模擬5000m以上的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)，并用相似數(shù)為1：1的鉆井設(shè)備進(jìn)行模擬實(shí)鉆，然后利用完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集模擬鉆進(jìn)過(guò)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(shí)地包含了深井鉆井規(guī)律，對(duì)這些信息進(jìn)行處理，那么可以較為準(zhǔn)確地掌握深井鉆井的實(shí)質(zhì)。在實(shí)鉆過(guò)程中就能夠及時(shí)采用正確的鉆井技術(shù)，大量減少無(wú)謂的鉆井投資，真正有效地提高鉆井速度。 參考文獻(xiàn) 【1】謝國(guó)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(diǎn)建議[J].民營(yíng)科技，2021.