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钻井提速技术研究及其在川渝地区的应用摘要：本文从川渝地区的油气储备开采面临的问题对本文研究的重点展开了研究。
文章首先对当前钻井提速技术做了简要的概述，接着对川渝地区的地质状况做了分析研究。
然后对如何提高川渝地区的钻井技术从施工前期的准备工作，施工过程中的应注意的问题以及施工技术研究分析三方面展开了探讨。
文章最后在总结了全文的基础上对未来我国钻井提速技术的发展方向做了展望。
关键词：川渝地区油气储备地质状况施工技术钻井提速一、引言川渝地区是我国大型综合含油气地区之一，整个地区有着丰富的天然气与石油资源，为我国的油气勘探以及工业的发展提供了宽广的平台。
但就当前川渝地区的复杂地质条件来看，这些地质难题严重的阻碍了我国油气开采的步伐，主要体现在钻井速度慢，钻井施工难度大两个方面。
从上世纪70年代开始，我国就对川渝地区钻井技术的科技攻关以及新技术试验就从未中断过，也取得了一系列重大的技术突破，发展了一整套适合于川渝地区恶劣地质条件的油气配套钻井技术。
在广大川渝油气井的开采方面，全面开展了以提高机械钻速为整个钻井工程核心的钻井新技术配套难题攻关试验以及试验推广应用等策略，但随着油气储备勘探技术的不断完善，一些深层油气井和更为复杂地质条件油气井的发现，也为我国乃至整个川渝地的钻井速度不断提高带来了很大的难题。
二、钻井提速技术简介从目前钻井技术的发展来看，国内外提高机械钻速的方法很多，所有的钻井工程都必须根据不同地区的地质情况，提出相应的技术指导，最终合理的选择不同的钻井方式来达到整个钻井工程提速的目的。
当前国内外常用的钻井提速技术主要有专门针对钻头的钻头优选技术，从钻井增加强度以期望达到提高钻井速率的欠平衡钻井技术（气体钻井、雾化钻井、泡沫钻井液钻井等），从钻井工艺该进方面采取的垂直钻井系统应对井斜问题，复合钻井提速的PDC钻头配合螺杆钻具复合钻进技术，优化井身结构、优选钻井液等辅助措施提高钻井效率的钻井提速技术。
钻井新技术及发展方向分析1 钻井技术新进展1.1石油钻机钻机是实现钻井目的最直接的装备,也直接关系到钻井技术进步。
近年来,国外石油钻机能力不断增强,自动化配套进一步完善,使钻机具备更健康、安全、环保的功能,并朝着不断满足石油工程需要的方向发展。
主要进展有:(1) 采用模块化结构设计,套装式井架,减少钻机的占地面积,提高钻机移运性能,降低搬家安装费用。
(2) 高性能的“机、电、液”一体化技术促进石油钻机的功能进一步完善。
(3) 采用套管和钻杆自动传送、自动排放、铁钻工和自动送钻等自动化工具,提高钻机的智能化水平,为提高劳动生产率创造条件。
1.2随钻测量技术1.2.1随钻测量与随钻测井技术21 世纪以来, 随钻测量(MWD) 和随钻测井(LWD) 技术处于强势发展之中,系列不断完善,其测量参数已逐步增加到近20种钻井工程和地层参数,仪器距离钻头越来越近。
与前几年的技术相比,目前,近钻头传感器离钻头只有0.5～2 m 的距离,可靠性高,稳定性强,可更好地评价油、气、水层,实时提供决策信息,有助于避免井下复杂情况的发生,引导井眼沿着最佳轨迹穿过油气层。
由于该技术的市场价值大,世界范围内有几十家公司参与市场竞争,其中斯伦贝谢、哈里伯顿和贝克休斯3 家公司处于领先地位。
1.2.2电磁波传输式随钻测量技术为适应气体钻井、泡沫钻井和控压钻井等新技术快速发展的需要,电磁波传输MWD(elect romagnetic MWD tool s ,EM MWD) 技术研究与应用已有很大进展,测量深度已经达到41420 km。
1.2.3随钻井底环空压力测量技术为适应欠平衡钻井监测井筒与储层之间负压差的需要,哈里伯顿、斯伦贝谢和威德福等公司研制出了随钻井底环空压力测量仪（annular pressure measurement while drilling, APWD) ,在钻井过程中可以实时测量井底环空压力,通过MWD 或EMMWD 实时将数据传送到地面,指导欠平衡钻井作业。
深探井防斜打快技术摘要：随着深井井位的增加，直探井的数量也在增加，对于深井段的防斜，提高机械钻速尤为重要。
下部深井段井斜难以控制，井底位移易超标，吊打影响机械钻速，钻时慢，延误工期。
主要研究内容是：通过合理的优选一些技术参数，及钻头选型，根据现场的施工分析，来选择一种或者几种适应于下部硬地层施工钻井的方法。
中图分类号：p631.8+111.背景介绍随着钻井工艺越来越完善和油气层开发的需要，井深较浅的生产井部署逐渐减少，现在深井井位的部署量逐渐增加（多为深探井、非常规井），裸眼段长的生产井数量也在增加，在油田钻井提速的号召下，对于深井段的防斜，提高机械钻速尤为重要。
2.成果主要内容2.1现状调查及存在的主要的影响因素2.2 成果部分2.2.1 针对影响机械钻速的主要原因，结合钻井现场，分析造成这些原因的几点主要因素。
a、钻头在井内长时间运转，未能搞好短起下。
钻头在井内长时间运转，钻进产生的岩屑，部分吸附在井壁上，造成虚泥饼，钻具在井内运转时，有粘卡危害，同时，钻进过程中，井壁脱落的岩屑会在井底反复研磨，严重影响纯钻进时间。
b、提高钻井液密度的方式不正确。
现今绝大多数队伍，在提高钻井液密度时候，采用的方式是直接向循环罐内加入重晶石粉，石粉水化不完全，糊井壁，密度提高不均匀，钻时很受影响。
c、扶钻人员操作不当。
生产井、探井、直井、定向井，井身轨迹都是重中之重，但是这些都是和现场操作人员是离不开的，操作不按规程或措施很容易造成井身轨迹超标d、钻头的选型不合理。
pdc和牙轮的破岩机理是不同的，要根据具体的岩性来选择合适的钻头，钻时慢的情况下，不要抱长时间的尝试态度，要及时更换钻头。
e、技套磁性摩阻。
该情况主要是针对三开或四开井，井内下入技套后，进行下一步钻进施工时，由于套管内含有磁性，很容易造成转盘扭矩增加，高转速无法使用，严重影响钻时。
2.2.1 主要处理措施a.针对短起下，制定了措施如下：1.钻头在井底连续运转3天或者钻进进尺超过300m（普通生产井），水平井或密度偏高的井，根据井下具体情况，及时做好短起下钻，修复井眼。
钻柱减震增压装置在渤南区块中深井中的应用摘要：在胜利油田随着勘探开发向深层发展，由于地质结构复杂，地层可钻性差，井身质量难以控制，钻井难度越来越大，造成钻井周期长，机械钻速低。
在胜利油田渤南区块钻井施工中为降低钻井成本，保证井身质量，提高钻井速度，试验应用了一种新型钻井提速工具-钻柱减震增压装置，并在多口中深井得到成功应用。
结果证明使用该工具可减少井下钻具震动引起的疲劳破坏，延长钻柱和钻头的使用寿命，并将机械钻速提高了80%-200%。
关键词：胜利油田钻井提速工具钻柱减震增压装置渤南区块机械钻速随着油气勘探开发向着深部地层方向发展，由于地质构造复杂，造成钻井难度大，周期长，成本高，制约着勘探开发的步伐。
胜利油田的渤南区块属济阳坳陷沾化凹陷渤南洼陷潜山带，目的层埋藏深度在3200～4100m左右。
根据已钻井资料，在该区块钻井主要存地质构造复杂，地层倾角大易井斜、深部地层可钻性差造成机械钻速（rop）低的难题。
为解决地层易斜难题，进一步提高机械钻速，降低钻井成本，胜利油田开展了对钻井提速工具的研究。
在破岩工具的优化上，主要通过两种手段达到提速目的：一是改良钻头结构、工艺性和材料，二是增加钻井时液流的压力[1]。
随着研究和试验的进行，增压方式越来越被重视，超高压辅助机械破岩技术被认为是提高机械钻速的根本途径之一[2]。
经过研究实验，设计了一种钻柱减震增压装置，并在在渤南区块的多口井进行了现场试验应用。
结果表明，该工具性能可靠，使用寿命长，能起到明显降斜效果，并可在相同条件下把机械钻速提高80%-200%，取得了较理想的效果。
1 钻柱减震增压装置介绍1.1 研究和设计思路常规旋转钻井的破岩机理主要是依靠钻头破岩，井底水射流主要起清洗岩屑和润滑钻头，随着井深的增加，机械钻速低已成为制约中深井和深井钻探的瓶颈之一。
因此利用超高水射流辅助破岩是提高机械钻速的有效途径[3]。
美国现场试验表明，当射流压力达到210mpa时，钻井速度可提高3.5倍[4] 。
提高深井机械钻速的有效方法
杨 谋，孟英峰，李 皋，李永杰，贾 虎
（油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学，成都610500）
摘要：从研究深层岩石的物理特性出发，对不同钻井方式下（欠平衡钻井、气体钻井、
控压钻井）的破岩机理和效率进行分析，在高压水射流、开发适应地层的破岩工具以
及改进井下动力钻具等辅助破岩方面提出了相关见解。
关键词 ：机械钻速；钻井技术；破岩效率
随着我国浅层油气资源的不断枯竭，在深部硬地层以及复杂地质条件下寻求油气
发现是 目前陆地勘探开发的重要工作。在深井钻探中，岩石的物理特性在高温高压
下已发生了改变。随着井眼轨迹和井身结构的复杂程度不断增加，钻压的传递和施加
非常困难，从而严重降低了传统钻井方法的破岩效率和机械钻速。研究新的破岩方法
和机理，形成新的钻井技术，以提高钻井的效率与效益，已成为钻井工程领域面临的
事关可持续发展的战略任务。
1 深层岩石的物理特性
岩石一般都存在地质缺陷，如裂纹、断裂面、节理、断层、孔洞等，也是由多种
矿物晶粒、胶结物等组成的复合体，使得岩石结构呈现非连续、非均匀、各向异性和
非弹性等特征， Hudson将这种材料叫做DIANE材料。岩石在同一受力条件下，由
于其孔隙结构和胶结物的不同，破坏形式存在很大的差别。Terzaghi方程描述了多孔
介质与应力之间的关系，反映了岩石的物理性质和强度特征[ 1 ]，即
）（1
t
式中，t为垂直方向上的应力（总应力），MP a；为空隙流体压力，MPa；为孔
隙度，%；为平均应力（颗粒间应力或垂直方向分力），MPa。
2 压差对机械钻速的影响
在大多数油井的钻探中，由于泥浆密度偏高或地层压力偏低，以及循环泥浆所产
生的附加压力和由钻屑引起的循环当量密度增加，使井底承受较大的附加压力，即产
生井底压持效应。大量的试验研究和生产实践都已证明，欠平衡钻井技术、气体钻井
技术等钻井方式能很好降低井底的压持效应，提高机械钻速[2 -3]。
2.1 欠平衡钻井技术
欠平衡钻井是钻井液液柱压力小于地层孔隙压力，仍大于地层破裂压力，在钻井
过程中允许地层流体进入井筒，循环出井，并在地面得到控制的一种钻井方式。欠平
衡钻井已经实现了雾化钻井、泡沫钻井、充气液钻井、泥浆帽钻井等钻井方式和低压
固井完井技术。
2.1.1 钻井提速机理
欠平衡钻井主要是降低了井底围压，也就是相当于使岩石的抗钻强度降低。在高
围压下会增大岩石“各向压缩效应”。导致岩石压人强度（即岩石硬度）增加和塑性
增大，破碎过程中齿坑尺寸显著减小，破碎岩石的体积减小，机械速度降低[4]。这种
影响，对岩石硬度较小的地层尤其明显。另外，液柱压力对破碎坑中的岩屑有“压持
作用”，导致重复切削。
2.1.2提速效果
伊朗TBK气田从地表到目的层，地层发育好，孔隙大、溶洞多，中国长城钻井
公司采用欠平衡钻井技术不但有效地解决了井漏问题，而且大幅地提高了机械钻速。
磨溪提速从2005-1-23提出，截至6月底，完成钻井14口，平均机械钻速由2.06m/h
提高到5.33m/h；平均钻井周期由原来的138d缩短到53d。
2.2气体钻井技术
气体钻井技术是在欠平衡钻井技术基础上发展起来的一项钻井技术，气体钻井利
用氮气、天然气、二氧化碳、空气和柴油机尾气等多种气体作为钻井循环介质，从根
本上避免了常规钻井技术发生储层损害的物质基础。气体钻井可以使钻速提高4~14
倍，钻头寿命延长2~6倍。越是深井、硬地层，提速效果越显著。
2.2.1提速机理
岩石处在受拉作用下最易破坏。通过数值模拟发现气体钻井过程中井底岩石上
凸，即井内气柱极大地改变了井底应力状态，地层孑L隙压力在负压差条件下产生向
井内的“推力”，该“推力”有促使井底岩石破碎的趋势。这种凸起还利于钻头和井
底岩石的接触，提高切削效率[5]。同时，在气体钻井中，钻头迅速的冲击力会使岩石
产生较高的温度，通过热传递作用，使得钻头下部岩石内的水分快速蒸发，导致吸水
膨胀的黏土矿物收缩、岩石颗粒发生粒间及粒内开裂，有利于破岩。此外，气体钻头
井底清洁程度高，减少了井底钻屑的重复破碎及研磨[6]。
2.2.2提速效果
伊朗TBK-2井，三开井段采用泥浆钻进，机械钻速1.46m/h。TBK-3井首次尝试
纯空气钻进施工，11h39min完成进尺131m，平均机械钻速l1.2m/h。图1是窿9井在
不同钻井方式下的平均机械钻速对比。
2.3 控压钻井技术
控压钻井--MPD(Managed Pressure Drilling)是一种经过改进的钻井程序，它可以精
确控制整个环空井筒的压力剖面，保证井筒环空与井底压力的精确控制，能够快速调
节环空钻井液当量循环密度，使井底压力恒定在一定范围之内，降低或避免常规钻井
问题[7]。塔里木油田在碳酸盐岩目的层全面实施了欠平衡及控压钻井技术，较好地解
决了窄密度窗口下的安全钻井问题。表1是塔中722井控压钻井与常规钻井效果对比。
3 高压水射流破岩
高压水射流是在机械刀具和水射流二者的共同作用下达到一种耦合效果。高压水
侵入裂纹后，便在裂隙内以液压楔人的形式作用于裂纹表面，当压力达到岩体的抗拉
强度极限时，裂纹迅速扩展，从而导致岩石的破裂。
标准岩样水力冲蚀辅助破岩的试验表明[1]，岩石的强度、孔隙度和井底压差是影
响辅助破岩的重要因素。破岩效率与强度特征和井底压降成反比，与物理特性成正比。
依据岩石的抗压强度和井底压差辅助破岩的实验结果进行统计分析，得出了射流辅助
钻井破岩的门限压力计算式为
23.1
pJ
PP26.0P
式中，JP为射流压力，MPa；Pp为岩石抗压强度，MPa；△P为井底压差，MPa。
20世纪70年代，美国壳牌和埃克森石油公司分别进行射流辅助PDC钻头破岩试
验，钻速提高了3倍左右。20世纪90年代，美国Flowdrill公司采用增压技术进行了
辅助钻头破岩试验，钻速提高了1.5~2.5倍。
4 改进破岩工具与井下动力钻具
4.1破岩工具
钻头研制的关键技术是高转速、抗冲击载荷、切削齿和水力系统的创新和改进，
并根据油气田特殊地层和钻井方式开发配套新型钻头。2006年，苏里格气田针对该区
块地层设计的个性化PDC钻头在苏14区块21口井的试验，平均机械钻速达到
11.02m/h，钻井周期缩短到21d。
4.2井下动力钻具
目前，国内外开发和利用的井下动力钻具主要有容积式螺杆钻具、叶片式涡轮钻
具、电动钻具3种。这3种井下钻具都有各自的优点，在不同时期都得到交替上升的
迅速发展[8-9]。
a)螺杆钻具优点是具有低速大扭矩的硬特性；过载能力强，操作方便。缺点是需
定排量工作，有横向振动；对油基钻井液敏感，橡胶定子耐高温性差。普光4井在飞
仙关地层采用PDC钻头+螺杆复合钻井，机械钻速是牙轮钻头的3.4倍。
b)涡轮钻具优点是具有高速大扭矩的软特性，无横向振动，机械钻速高；耐高温，
适宜于深井和高温环境下作业；对油基钻井液不敏感。缺点是钻具较长，适用范围小；
安装调整轴向间隙较繁琐。国外用涡轮钻具钻井一般能节省钻时40％~50，节约钻井
成本的1/3。在我国，其机械钻速为转盘钻井的1.6~4.0倍，可降低直接钻井成本30％
~40。
c)电动钻具直流电动钻具兼有上述2种液动钻具的优点，调速范围宽，过载能力
强，功率利用率高，井下信息的通讯容量大，井眼轨迹控制精度高，可适应在重钻井
液条件下工作，是一种很有发展前途的井下动力钻具。土库曼斯坦5口5000m左右的
深井是用电动钻具钻成的，平均机械钻速为转盘钻井的1.8倍。
目前国内外也在发展激光钻井技术、粒子冲击钻井技术以及电热能钻井技术等。
经过现场试验，都取得了良好的提速效果，这些也是未来钻井提速的发展趋势。
5 结论
1)在地质和设备允许的条件下，应多采用气体钻井方式，同时也要多积累气体、
泡沫、雾化钻井方式相互转换的理论依据及现场经验。
2)改进及完善目前井下破岩工具及动力钻井钻具的性能与效率，使其更好地适应
井下的环境，从而缩短建井周期。
3)激光、粒子冲击以及电热能等钻井技术是未来钻井提速发展的趋势，应多加强
这方面的理论与实践研究。
参考文献：
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[3]苏义脑．空气钻井工作特性分析与工艺参数的选择研究[J]．石油勘探与开发，2005，
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[6]李皋，孟英峰．砂岩储集层微波加热产生微裂缝的机理及意义[J3．石油勘探与开
