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摘 要：在深孔岩心钻探的过程中，孔壁稳定是其核心问题，钻探开始前需要进行各项预测，当中包括：地层应力、破裂压力、地层孔隙压力、地层坍塌压力，这些数据是保证深孔岩心钻探安全、优质、高效以及低成本的关键所在，也决定了套管强度、套管程序、孔身结构、钻井液密度和其流变性能的设计。在孔壁稳定的前提条件下，从孔身结构与套管程序、钻探设备、钻具组合等几方面探讨深孔岩心在工作过程中存在的问题，以及提出相应的改善措施。
关键词：深孔岩心钻探 孔壁稳定 钻探设备 钻具组合
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0119-01
传统的岩心钻探和深孔岩心钻探存在着很大的区别，这不仅体现在孔深的增加，还有钻孔难度与单位钻进成本的增加，这就要求钻探工程技术人员必须要变革传统的思想，必须建立安全第一的观念，设计孔身结构与选择钻进工艺孔壁稳定一定要作为前提。以岩心钻探来讲，孔壁稳定是一项全新的课题，在钻探之前预测涉及到地层应力、地层孔隙压力、破裂压力、地层坍塌压力，这综合了地质构造、岩石物性、地球物理学、地球化学、钻探工艺以及孔内测井等多种学科，也是保证深孔岩心钻探安全、高效、优质以及低成本的关键所在，决定了套管程序与强度、钻井液密度、孔身结构与其流变性能的设计，还有钻探设备和钻进工艺的选择。文章把孔壁稳定作为前提基础，从孔身结构、套管程序与钻具组合、钻探设备几方面探讨深孔岩心钻探过程中存在的问题以及提出相应的改进办法。
1 孔壁稳定性
在钻探工程中普遍存在的问题就是孔壁稳定，其包含中基本类型：孔壁坍塌或者缩径、地层压裂或者破裂。由于没有合理的掌握井壁的稳定情况很容易造成井喷、井漏、固井不返水泥浆以及粘弹性地层变形等诸多孔内问题。在深孔岩心的钻探过程中，人们一定要对孔壁稳定性多加关注，从而减少经济损失。能够引起孔壁失去稳定性的因素主要有地质因素和工程因素两个方面。地质因素主要包括：原地应力的大小、地质构造类型以及地层强度等组多因素。而钻井液的性能、孔径的大小、钻井液的环空返速等等构成了工程的主要因素。孔壁岩石所承受的应力超出了他在孔眼状态下所能承受的强度，这是发生孔壁失效的根本原因。在孔内钻井液压力过低的状态下，孔壁周围的岩石所承受的力量超过了其所能承受岩石的剪切强度，则孔壁的岩石便会发生不同程度的破坏；当孔内钻井液密度过大时，岩石所承受的力超过了本身的拉伸力度，从而发生了地层的破裂。
2 钻机的发展现状
目前我国在实际的钻探施工中，所使用钻探设备仍存在许多不足，这就需要设计人员对这种现象提高警惕，并给予高度的重视。
2.1 驱动方式落后
在动力头钻机没有产生之前，人们主要应用的是立轴式岩心钻机以及转盘式石油钻机。但是经过长期的实践，两种钻机均显现了不同的缺陷，在20世纪70年代，国外发明了动力头钻机，目前已经得到了广泛的应用。但是我国自主研发的全液压动力头钻机发展十分缓慢，目前国内所生产的全液压动力头钻机并没有达到所需的程度。结合我国深孔岩心钻探的特点，笔者认为，应该将如何能够在石油钻塔上进行全液压动力头钻机工作作为深孔岩心钻机的发展方向，即使用转盘+高速顶驱的驱动方式，顶驱的最高转速要达到500r/min以上，最低转速要与转盘转速有部分的交叉，大概在80r/min左右，在进行全面钻孔和扩孔时使用转盘钻进，高速顶驅则用于取心钻进。
2.2 钻塔高度低
在深孔钻探作业中，回次进尺长度以及起下钻的时间是影响取心钻进成本的主要因素。设备成本的高低影响着岩心钻机的好评度，我们以KZ3000型岩心钻机所配钻塔为例，选用有效高度为31m的钻塔和43m的钻塔，两者的差价不到40万元，如果把钻塔运费计算在内，价格差也是一口钻孔的起下钻的成本差，但是起下钻的劳动强度确有明显的降低。由于以上情况，笔者认为，深孔岩心钻机的钻塔应选择有效高度为43m的钻塔，钻塔的地盘高速要不小于4米。
3 设备及加压方式
3.1 固相控制设备
钻探技术在不断取得进步的同时，钻井液也引起了广大钻探技术人员的重视。目前对钻井液性能进行调整的最有效方式是将钻井液中的岩屑和劣质粘土进行清除。钻井液固控技术的发展为调控钻井液性能提供了有效地方法。固控设备主要包括除砂器、以及除泥器、振动筛和离心机，这些固控设备都能够将钻井液中的无用固相有效的清理掉，保持优质的粘土含量，以达到调整钻井液性能的目的。
3.2 加压方式
深孔取心钻探所采用的加压方式应该为钻铤加压方式，该方式能够有效控制钻孔的“狗腿”度，确保套管能够准确的到达所设计的深度。人们经过研究发现，钻体第一次弯曲的钻压P为：
P
在公式中：E——钢的弹性模量；I——钻柱的截面惯性矩；qa——钻柱在空气中的重力；Kb——浮力系数。
从计算公式中可以看出，钻铤出现第一次弯曲的钻压要比钻杆大得多，这就是为什么选择钻铤加压的重要原因之一。在使用钻铤设计时，需将以下因素考虑在内：钻铤组合的刚度要比所下套管的刚度大；至少有一柱钻铤的外径尺寸足够大，这样才能确保套管顺利的下入孔内；在进行打捞作业时，最大的钻铤外径要足够大，确保能够对其进行套铣。
4 结语
深孔岩心钻探与以往的岩心钻探相比较，其具有自身的规律性，钻探工程技术人员要尊重深孔岩心钻探的规律性，树立起钻探设备服从于钻探工艺需求的观念。本文主要从孔壁稳定入手进过细致的分析和研究，对能够引起孔壁失去稳定性的关键因素进行了解析，之后就孔取心钻探所采用的加压方式进行了探讨，最后针对实际情况就钻探设备给出了一些建议和意见。
参考文献
[1] 高德利.复杂地质条件下深井超深井钻井技术[M].北京：石油工业出版社，2004.
[2] 邓金根，程远方，陈勉，等.井壁稳定预测技术[M].北京：石油工业出版社，2008.
[3] 王连捷，崔军文，张晓卫，等.中国大陆科学钻主孔现今地应力状态[J].地球科学，2006，31（4）：505-512.
关键词：深孔岩心钻探 孔壁稳定 钻探设备 钻具组合
中图分类号：P634 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0119-01
传统的岩心钻探和深孔岩心钻探存在着很大的区别，这不仅体现在孔深的增加，还有钻孔难度与单位钻进成本的增加，这就要求钻探工程技术人员必须要变革传统的思想，必须建立安全第一的观念，设计孔身结构与选择钻进工艺孔壁稳定一定要作为前提。以岩心钻探来讲，孔壁稳定是一项全新的课题，在钻探之前预测涉及到地层应力、地层孔隙压力、破裂压力、地层坍塌压力，这综合了地质构造、岩石物性、地球物理学、地球化学、钻探工艺以及孔内测井等多种学科，也是保证深孔岩心钻探安全、高效、优质以及低成本的关键所在，决定了套管程序与强度、钻井液密度、孔身结构与其流变性能的设计，还有钻探设备和钻进工艺的选择。文章把孔壁稳定作为前提基础，从孔身结构、套管程序与钻具组合、钻探设备几方面探讨深孔岩心钻探过程中存在的问题以及提出相应的改进办法。
1 孔壁稳定性
在钻探工程中普遍存在的问题就是孔壁稳定，其包含中基本类型：孔壁坍塌或者缩径、地层压裂或者破裂。由于没有合理的掌握井壁的稳定情况很容易造成井喷、井漏、固井不返水泥浆以及粘弹性地层变形等诸多孔内问题。在深孔岩心的钻探过程中，人们一定要对孔壁稳定性多加关注，从而减少经济损失。能够引起孔壁失去稳定性的因素主要有地质因素和工程因素两个方面。地质因素主要包括：原地应力的大小、地质构造类型以及地层强度等组多因素。而钻井液的性能、孔径的大小、钻井液的环空返速等等构成了工程的主要因素。孔壁岩石所承受的应力超出了他在孔眼状态下所能承受的强度，这是发生孔壁失效的根本原因。在孔内钻井液压力过低的状态下，孔壁周围的岩石所承受的力量超过了其所能承受岩石的剪切强度，则孔壁的岩石便会发生不同程度的破坏；当孔内钻井液密度过大时，岩石所承受的力超过了本身的拉伸力度，从而发生了地层的破裂。
2 钻机的发展现状
目前我国在实际的钻探施工中，所使用钻探设备仍存在许多不足，这就需要设计人员对这种现象提高警惕，并给予高度的重视。
2.1 驱动方式落后
在动力头钻机没有产生之前，人们主要应用的是立轴式岩心钻机以及转盘式石油钻机。但是经过长期的实践，两种钻机均显现了不同的缺陷，在20世纪70年代，国外发明了动力头钻机，目前已经得到了广泛的应用。但是我国自主研发的全液压动力头钻机发展十分缓慢，目前国内所生产的全液压动力头钻机并没有达到所需的程度。结合我国深孔岩心钻探的特点，笔者认为，应该将如何能够在石油钻塔上进行全液压动力头钻机工作作为深孔岩心钻机的发展方向，即使用转盘+高速顶驱的驱动方式，顶驱的最高转速要达到500r/min以上，最低转速要与转盘转速有部分的交叉，大概在80r/min左右，在进行全面钻孔和扩孔时使用转盘钻进，高速顶驅则用于取心钻进。
2.2 钻塔高度低
在深孔钻探作业中，回次进尺长度以及起下钻的时间是影响取心钻进成本的主要因素。设备成本的高低影响着岩心钻机的好评度，我们以KZ3000型岩心钻机所配钻塔为例，选用有效高度为31m的钻塔和43m的钻塔，两者的差价不到40万元，如果把钻塔运费计算在内，价格差也是一口钻孔的起下钻的成本差，但是起下钻的劳动强度确有明显的降低。由于以上情况，笔者认为，深孔岩心钻机的钻塔应选择有效高度为43m的钻塔，钻塔的地盘高速要不小于4米。
3 设备及加压方式
3.1 固相控制设备
钻探技术在不断取得进步的同时，钻井液也引起了广大钻探技术人员的重视。目前对钻井液性能进行调整的最有效方式是将钻井液中的岩屑和劣质粘土进行清除。钻井液固控技术的发展为调控钻井液性能提供了有效地方法。固控设备主要包括除砂器、以及除泥器、振动筛和离心机，这些固控设备都能够将钻井液中的无用固相有效的清理掉，保持优质的粘土含量，以达到调整钻井液性能的目的。
3.2 加压方式
深孔取心钻探所采用的加压方式应该为钻铤加压方式，该方式能够有效控制钻孔的“狗腿”度，确保套管能够准确的到达所设计的深度。人们经过研究发现，钻体第一次弯曲的钻压P为：
P
在公式中：E——钢的弹性模量；I——钻柱的截面惯性矩；qa——钻柱在空气中的重力；Kb——浮力系数。
从计算公式中可以看出，钻铤出现第一次弯曲的钻压要比钻杆大得多，这就是为什么选择钻铤加压的重要原因之一。在使用钻铤设计时，需将以下因素考虑在内：钻铤组合的刚度要比所下套管的刚度大；至少有一柱钻铤的外径尺寸足够大，这样才能确保套管顺利的下入孔内；在进行打捞作业时，最大的钻铤外径要足够大，确保能够对其进行套铣。
4 结语
深孔岩心钻探与以往的岩心钻探相比较，其具有自身的规律性，钻探工程技术人员要尊重深孔岩心钻探的规律性，树立起钻探设备服从于钻探工艺需求的观念。本文主要从孔壁稳定入手进过细致的分析和研究，对能够引起孔壁失去稳定性的关键因素进行了解析，之后就孔取心钻探所采用的加压方式进行了探讨，最后针对实际情况就钻探设备给出了一些建议和意见。
参考文献
[1] 高德利.复杂地质条件下深井超深井钻井技术[M].北京：石油工业出版社，2004.
[2] 邓金根，程远方，陈勉，等.井壁稳定预测技术[M].北京：石油工业出版社，2008.
[3] 王连捷，崔军文，张晓卫，等.中国大陆科学钻主孔现今地应力状态[J].地球科学，2006，31（4）：505-512.