论文部分内容阅读
摘 要：钻井是石油工程和煤矿工程不可缺少的工作步骤。按照用途，钻井可以分为勘探钻井、水文地质钻井、工程地质钻井、地热钻井、石油钻井、煤田钻井、矿田钻井和建筑地面钻井。在进行钻井的过程当中，很容易受到地质条件的影响。地层当中经常存在一些深井，井下的地质情况难以进行探测。如果缺乏对深井井下的地质状况不够了解，就会给钻井工作带来困难，影响钻井的效率。本文将从提高钻井工艺水平，避免被深井地形影响钻井效率的角度来进行探讨。
关键词：深井；钻井技术；工艺策略
钻井，就是利用机械设备，将地层钻出圆柱形孔眼的过程。按照岩石破碎方式和工具类型的不同，可以分为顿钻和旋转钻。顿钻，又叫做冲击钻，就是利用钻头的冲击力将岩石击碎。顿钻的优点是对工艺设备的要求比较简单，花费的成本比较少，不会污染储油层和矿层，缺点是钻井的速度慢，钻井效率低。旋转钻就是利用钻头宣传产生的力量切削或者研磨岩石，优点是比顿钻速度快，对于井塌、井喷等意外情况的抵抗能力也比较强。旋转钻又可以分为转盘钻和井下动力钻两种。深井是众多制约钻井速度和钻井效率的条件之一。为了提高我国钻井工程的效率和技术水平，必须改进钻井工艺，降低深井地形造成的妨碍。
一、深井钻井过程中存在的问题
深井钻井往往要穿过多套底层，各个地层都形成于不同的年代，相互之间的差异也很大。对于同一井段来说，地层的情况会很复杂，地下的压力情况难以进行分析。为了维护井的安全，必须综合考虑各种复杂情况来采取预防措施和预防手段。对于深井地形来说，井下往往处于一种高温、高压、高地层压力的环境当中，给钻井工作带来很大的困难[1]。就目前我国的钻井技术来分析，其中存在的不足主要由以下几方面：第一，我国钻井的机械设备性能比较差，型号陈旧，远远落后于国外的钻井设备水平。第二，深井底部往往处于一种高温、高压、高地层压力的环境，在这种环境之下，钻井的速度被大大降低，难以进行提高。在多层套管时，小井眼矿井的钻井速度也比较缓慢。第三，深井地段对于井漏、井喷、井塌等异常现象的预防和处理比较困难。第四，深井地形的固井质量难以得到保证。除此之外，还存在钻井液的包被剂的抗温问题、高温稳定剂的复配问题、深井钻井的环境保护问题，也都需要在钻井的同时加以解决。
二、深井钻井的改进措施
（一）提高大直径井段的钻井速度
大直径井段的钻井往往会消耗大量的能源，导致钻井机排放大量的废气。为了提高大直径井段的钻井速度，降低钻井机消耗的能源和排放的废气量，可以采用大尺寸的钻杆和钻铤[2]。我国的钻井机的钻头直径型号比较少，对此要加以完善，丰富钻头的尺寸型号，提高大尺寸钻头的轴向移动距离，增强大尺寸钻头在高速转动时的稳定性。另外，还要采用井下动力钻具和复合钻进技术，来提高大直径井段的钻井速度。
（二）提高深部井段的钻井速度
对于深井的底部而言，岩石主要类型是泥页岩和泥质砂岩[3]。这些岩石承受了上面地层的巨大压力，密度和硬度都大大加强，从脆性岩石转变成了致密岩石。这就给钻井工作带来了极大困难，钻头难以对这种岩石进行破碎。而且，在深部井段当中，钻井液会持续给井底破碎出来的岩屑带来压力，这就导致岩屑不容易离开井底，在井下覆盖了厚厚一层，给钻井工作造成了妨碍。我国目前已经针对深部井段高抗压强度和高研磨性的底层设计出新型的钻井工具和钻井工艺。新型钻头是由人造金刚石构成，配以高速涡轮动力钻具，钻速能够达到旧式钻具的三到十倍。
（三）提高小直径井的钻井速度
一般将直径小于二百毫米的井眼叫做小直径井眼。这种小直径井的钻探所利用的小直径钻头往往轴承使用寿命很短，钻井的力量不如大直径钻头，钻井速度较慢。我国目前的小井眼钻井技术不仅钻井速度慢，花费的成本也比较高。而且，小井眼的内部空间小，钻井环境比较恶劣，转速、扭矩、排量、钻压都受到很大限制。要想提高小直径井的钻井速度，要从钻井适用的小尺寸钻头和动力工具入手。还可以采用动态压井法，这种方法主要是解决地层压力给钻井带来的困难，利用循环泥浆时产生的压力损耗来控制底层的压力，只要改变排量和钻头的旋转速度，就能够防止发生井涌。
（四）深井防斜打直技术
深井地形的井段太长，在钻井的过程中容易发生偏移，导致钻井的实际位置偏离预计的坐标过远。如果是山坡、丘陵的地形，这种现象将更为严重。如果钻井发生偏斜，会妨碍固井的质量，造成严重的安全事故。钻柱在斜井的内部容易靠到井壁的一侧，当钻柱旋转钻井时，与井壁会发生严重的摩擦，破坏井壁造成矿井崩塌或者钻柱被卡住，带来严重的后果。另外，斜井还会影响井下的开采工作。实践表明，造成斜井的原因可能是地质条件、钻具结构、钻井技术、钻井设备的安装等方面。对此必须采用防斜打直技术保证矿井的方向上的垂直。常用的防斜打直技术有满眼钻具、钟摆钻具、复合钻进、吊打。总而言之，防止井斜需要采用防斜的钻具，同时还要了解井下地层的变化情况，根据底层的变化采取调整措施，防止钻井出现倾斜。
（五）减小技术套管的磨损
技术套管的套入，起到了隔离不同地层的作用。由于技术套管要承受井下地层的压力，还要承受钻具的碰撞，很容易发生磨损。为了保证钻井的质量，技术套管必须要選取既能够抗击钻具冲击，又要具备高抗压强度的设计。在深部井段，地层带来的压力巨大，如果技术套管的安全系数不能达到技术要求，就会在巨大压力下发生磨损甚至毁坏，造成局部钻井报废，甚至整个钻井的报废。另外，技术套管的磨损还会造成地下水的渗出，给钻井造成妨碍，或者钻不到指定的深度。
三、结论
深井地形的钻井困难来自于多方面。首先是深井下面的地质条件恶劣，钻井工作受到各种条件的限制。然后是井身设计结构不合理，或者技术套管的设计强度不符合要求，没有考虑到井斜情况等。最后是人为因素，比如钻井设备安装有问题，钻井流程不规范。我国必须针对这些问题进行分析解决，改进深井的钻井工艺，提升深井地形的钻井效率和钻井质量。
参考文献：
[1]邓传光，张军，常洪渠等.高石梯—磨溪区块探井钻井提速配套技术及其应用效果[J].天然气工业，2014，03：115-120.
[2]任福深，马若虚，程晓泽等.粒子冲击钻井技术研究进展及关键问题[J].石油矿场机械，2014，07：20-25.
[3]王海波.松辽盆地深层钻井提速实践与认识[J].西部探矿工程，2016，01：91-94.
关键词：深井；钻井技术；工艺策略
钻井，就是利用机械设备，将地层钻出圆柱形孔眼的过程。按照岩石破碎方式和工具类型的不同，可以分为顿钻和旋转钻。顿钻，又叫做冲击钻，就是利用钻头的冲击力将岩石击碎。顿钻的优点是对工艺设备的要求比较简单，花费的成本比较少，不会污染储油层和矿层，缺点是钻井的速度慢，钻井效率低。旋转钻就是利用钻头宣传产生的力量切削或者研磨岩石，优点是比顿钻速度快，对于井塌、井喷等意外情况的抵抗能力也比较强。旋转钻又可以分为转盘钻和井下动力钻两种。深井是众多制约钻井速度和钻井效率的条件之一。为了提高我国钻井工程的效率和技术水平，必须改进钻井工艺，降低深井地形造成的妨碍。
一、深井钻井过程中存在的问题
深井钻井往往要穿过多套底层，各个地层都形成于不同的年代，相互之间的差异也很大。对于同一井段来说，地层的情况会很复杂，地下的压力情况难以进行分析。为了维护井的安全，必须综合考虑各种复杂情况来采取预防措施和预防手段。对于深井地形来说，井下往往处于一种高温、高压、高地层压力的环境当中，给钻井工作带来很大的困难[1]。就目前我国的钻井技术来分析，其中存在的不足主要由以下几方面：第一，我国钻井的机械设备性能比较差，型号陈旧，远远落后于国外的钻井设备水平。第二，深井底部往往处于一种高温、高压、高地层压力的环境，在这种环境之下，钻井的速度被大大降低，难以进行提高。在多层套管时，小井眼矿井的钻井速度也比较缓慢。第三，深井地段对于井漏、井喷、井塌等异常现象的预防和处理比较困难。第四，深井地形的固井质量难以得到保证。除此之外，还存在钻井液的包被剂的抗温问题、高温稳定剂的复配问题、深井钻井的环境保护问题，也都需要在钻井的同时加以解决。
二、深井钻井的改进措施
（一）提高大直径井段的钻井速度
大直径井段的钻井往往会消耗大量的能源，导致钻井机排放大量的废气。为了提高大直径井段的钻井速度，降低钻井机消耗的能源和排放的废气量，可以采用大尺寸的钻杆和钻铤[2]。我国的钻井机的钻头直径型号比较少，对此要加以完善，丰富钻头的尺寸型号，提高大尺寸钻头的轴向移动距离，增强大尺寸钻头在高速转动时的稳定性。另外，还要采用井下动力钻具和复合钻进技术，来提高大直径井段的钻井速度。
（二）提高深部井段的钻井速度
对于深井的底部而言，岩石主要类型是泥页岩和泥质砂岩[3]。这些岩石承受了上面地层的巨大压力，密度和硬度都大大加强，从脆性岩石转变成了致密岩石。这就给钻井工作带来了极大困难，钻头难以对这种岩石进行破碎。而且，在深部井段当中，钻井液会持续给井底破碎出来的岩屑带来压力，这就导致岩屑不容易离开井底，在井下覆盖了厚厚一层，给钻井工作造成了妨碍。我国目前已经针对深部井段高抗压强度和高研磨性的底层设计出新型的钻井工具和钻井工艺。新型钻头是由人造金刚石构成，配以高速涡轮动力钻具，钻速能够达到旧式钻具的三到十倍。
（三）提高小直径井的钻井速度
一般将直径小于二百毫米的井眼叫做小直径井眼。这种小直径井的钻探所利用的小直径钻头往往轴承使用寿命很短，钻井的力量不如大直径钻头，钻井速度较慢。我国目前的小井眼钻井技术不仅钻井速度慢，花费的成本也比较高。而且，小井眼的内部空间小，钻井环境比较恶劣，转速、扭矩、排量、钻压都受到很大限制。要想提高小直径井的钻井速度，要从钻井适用的小尺寸钻头和动力工具入手。还可以采用动态压井法，这种方法主要是解决地层压力给钻井带来的困难，利用循环泥浆时产生的压力损耗来控制底层的压力，只要改变排量和钻头的旋转速度，就能够防止发生井涌。
（四）深井防斜打直技术
深井地形的井段太长，在钻井的过程中容易发生偏移，导致钻井的实际位置偏离预计的坐标过远。如果是山坡、丘陵的地形，这种现象将更为严重。如果钻井发生偏斜，会妨碍固井的质量，造成严重的安全事故。钻柱在斜井的内部容易靠到井壁的一侧，当钻柱旋转钻井时，与井壁会发生严重的摩擦，破坏井壁造成矿井崩塌或者钻柱被卡住，带来严重的后果。另外，斜井还会影响井下的开采工作。实践表明，造成斜井的原因可能是地质条件、钻具结构、钻井技术、钻井设备的安装等方面。对此必须采用防斜打直技术保证矿井的方向上的垂直。常用的防斜打直技术有满眼钻具、钟摆钻具、复合钻进、吊打。总而言之，防止井斜需要采用防斜的钻具，同时还要了解井下地层的变化情况，根据底层的变化采取调整措施，防止钻井出现倾斜。
（五）减小技术套管的磨损
技术套管的套入，起到了隔离不同地层的作用。由于技术套管要承受井下地层的压力，还要承受钻具的碰撞，很容易发生磨损。为了保证钻井的质量，技术套管必须要選取既能够抗击钻具冲击，又要具备高抗压强度的设计。在深部井段，地层带来的压力巨大，如果技术套管的安全系数不能达到技术要求，就会在巨大压力下发生磨损甚至毁坏，造成局部钻井报废，甚至整个钻井的报废。另外，技术套管的磨损还会造成地下水的渗出，给钻井造成妨碍，或者钻不到指定的深度。
三、结论
深井地形的钻井困难来自于多方面。首先是深井下面的地质条件恶劣，钻井工作受到各种条件的限制。然后是井身设计结构不合理，或者技术套管的设计强度不符合要求，没有考虑到井斜情况等。最后是人为因素，比如钻井设备安装有问题，钻井流程不规范。我国必须针对这些问题进行分析解决，改进深井的钻井工艺，提升深井地形的钻井效率和钻井质量。
参考文献：
[1]邓传光，张军，常洪渠等.高石梯—磨溪区块探井钻井提速配套技术及其应用效果[J].天然气工业，2014，03：115-120.
[2]任福深，马若虚，程晓泽等.粒子冲击钻井技术研究进展及关键问题[J].石油矿场机械，2014，07：20-25.
[3]王海波.松辽盆地深层钻井提速实践与认识[J].西部探矿工程，2016，01：91-94.