浅析提高中深井钻速的方法

相辉

摘要：加快钻井速度，提高机械钻速是我们每一个钻井队的工作目标。通过公司大量中深井资料的分析结合钻井现场经验，找出了深井钻速慢的原因和制约因素，并进行了研究，除了地质构造的影响外，其他的都可以通过科学的制定措施来防止影响钻速的原因出现，首先，优选钻头、合理使用钻井参数等，其次是泥浆的合理投入，尤其是在泥浆成本一降再降的形势下，作为决策者能否做到理智的投入是保证井下正常的关键。再者，是严防井下事故复杂的发生，事故复杂对钻井队的经济效益影响巨大。钻井有句俗语：钻井不停就是快。其他还有就是人员素质的影响。钻井是一件细活，有许多影响因素，经多方的总结构成了新的技术方案，经实际运用证明，该技术方案解决了存在的问题，适合胜利油田地质情况，使钻井速度有了大幅度的提高，施工周期得到了明显的缩短。

关键词：原因分析；提高深井；钻速；措施

一、影响钻速的原因分析

（一）由于地质因素和井身结构设计不合理，造成复杂情况，影响钻速

深井和超深井所 钻地层跨越的地质年代较多，地质条件变化大，同一井段包括梯度相差较大的多层压力体系和复杂地质情况。在钻井过程中，这些情况往往容易引起井漏、井喷、井斜、井壁垮塌和卡钻等事故。特别是对于新探区，常因地质情况不明、地质预告不准而导致井身结构设计不合理，造成钻井过程中的复杂情况而延误钻井周期。

（二）大井径井眼机械钻速低

一般情况下，油田3000～4000m深的探井、生产井等，444.5mm钻头钻达井深200～500m就可以满足井身结构要求，随着井深的增加，岩石的硬度和强度相应增加，地层可钻性对大直径钻头变差，机械钻速明显下降。

通过对中深井钻头使用资料的分析，我们认为311.2mm以上大直径井眼钻速慢的主要原因如下。

1. 国产大尺寸钻头结构单一、型号少，不能满足深井段地层岩性变化的要求

国产444.5mm铣齿牙轮钻头主要有P1、P2、P3等型号，镶齿牙轮钻头主要有XHP2、XHP3等型号，这些型号的钻头只适合上部软地层。随着444.5mm钻头所钻井段深度的增加，地层岩性变化较大，如经常遇到致密难钻的硬塑性泥岩等，现有型号的444.5mm牙轮钻头很难满足地层变化的需要，这样大大影响了大直径井眼的机构钻速。

2. 破岩机械能量不足

衡量破岩效率低的综合技术指标常采用破碎单位体积岩石所需消耗的能量。对旋转钻井来说，机械能量常以在钻头上所加单位井底面积钻压和钻头转速两项指标的乘积来衡量。调查资料表明，目前我国444.5mm钻头所加的钻压与311.2mm钻头所加的钻压基本上差不多，而444.5mm钻头钻1m井深的破岩量是311.2mm钻头破岩量的207%，是215.9mm钻头破岩量的424%。在上部软地层井段所需机械破岩能量小，水力因素影响较大，444.5mm和311.2mm钻头二者在机械钻速上的差别不明显，但随着井深的增加，地层逐步变硬，大尺寸钻头破岩机械能量不足的影响因素就越来越显示出它的重要性。遇到难钻地层，机械能量不足会明显影响钻头的机械钻速。在条件许可的前提下，必须提高钻头钻压和转速这两个参数来提高钻头的破岩机械能量。

3. 水力能量不足，井底岩屑清除不净

444.5mm井眼直径比311.2mm 井眼直径要大42.9%，比215.9mm井眼直长径要大106%，而444.5mm井眼井底面积是311.2mm井眼的2.04倍，是215.9mm井眼的4.24倍。因此，为了保证携带所钻岩屑所需贩最低返速，要求钻井液排量一般至少不低于50L/s，而目前我国444.5mm井眼仍然采用127mm内加厚钻杆。在大排量下随着井深的增加，沿程水力损失大幅度增加，钻头可利用水马力也随着井深增加而急剧下降。

4.在易斜地区，为了控制井斜被迫采用小钻压吊打

对深探井来说，在易斜井段，目前国内尚未有较好的防斜措施，只好采用钟摆式钻具组合轻压吊打，确保井斜不超过规定标准，这对较深井段大直径井眼的机械钻速影响较大。

5.钻井液性能和净化条件也是影晌大直径井眼机械钻速的一个重要因素

在大直径井眼钻井过程中，常因钻井液返回速度低、净化不好、流变性差，井眼净化不好，加上遇到易塌的泥岩或渗透性好的砂岩，有些地区导致起下钻遇阻遇卡、井壁垮塌、井眼缩径，形成井下复杂情况而影响了钻井速度。

二、提高深井钻速的有效措施

通過前面的分析，我们认为提高深井、超深井机械钻速的关键是抓住两头，推动中间，加强复杂情况的监测和预报，研究适应复杂地质情况的钻井液体系，为设计出合理的井身结构创造有利条件。下面我们就以上问题分别进行讨论。

（一）提高大直径井眼钻速的几项有效技术措施

①增加444.5mm钻头的品种和类型，加强钻头合理选型。

各油田针对地层岩性特点，与钻头厂合作开发新型444.5mm牙轮钻头或PDC钻头，提高钻头质量，强化钻头使用措施。在扩大钻头品种的同时，加强对地层可钻性的研究和分析，根据地层具体情况选择合理的钻头类型、钻井方式和配套钻井工艺。

②强化钻井参数，提高井底破岩机械能量。

444.5mm井眼采用大钻压钻进，井队必须配备足够的大尺寸钻链。另一方面，在保持目前单位钻压不变的条件下，将钻头转速提高到180～250r/min，同样也会使机械钻速有较大幅度的提高。要想达到此目的，我们必须采用中转速大扭矩的井下动力钻具来钻进。

③强化水力参数、提高井底和井眼净化能力。

由于目前大尺寸井眼采用127mm内加厚钻杆，在50～60L/s的钻井液排量下，大量水力能量都消耗在钻杆内。如采用139.7mm内平钻杆则井底可利用水马力和喷射速度将会大幅度增加。

在提高井底水马力的条件下，进一步改善井底流场，增加水力清岩效果，可防止大尺寸井眼岩屑清除不净的死角存在和岩屑的重复切削。采用组合喷嘴、加长喷嘴、斜喷嘴和中心喷嘴的不同组合，取得最佳的清岩效果，是提高大尺寸井眼机械钻速见效快的措施之一。

④ 根据钻头类型选择合适的动力钻具，可大幅度提高深部井段机械钻速。

目前，国际钻头制造商均在努力提高牙轮钻头的转速，延长钻头在高转速下的使用寿命，以满足不同类型动力钻具的要求。美国HUGHES公司生产的ATX牙轮钻头转速可达200r/min，ATM金属密封滑动轴承牙轮钻头转速可达250～300r/min，MAX金属密封滚动轴承牙轮钻头转速可达350r/min。SMITH公司生产的MF3H牙轮钻头的工作转速为70～ 250r/min，M2SD牙轮钻头的转速范围为70～280r/mino针对上述高速牙轮钻头，选择合适的螺杆钻具、螺杆一涡轮组合钻具或带减速器的涡轮钻具（180～250r/min），可大幅度地提高深部井段的机械钻速。

⑤ 良好的钻井液流变性能和固控净化条件也可提高机械钻速。

良好的钻井液流变性能，不仅可以提高井底的净化能力，还能在大井眼环空低返速条件下提高携岩能力，保证井眼得到良好的净化。合理控制固相含量也能减少井下工具的磨损，提高钻井速度。