孫樹峰

【摘要】復(fù)雜井鉆井存在的問題深井鉆井施工中往往要穿過很多地層，而且所穿過的地層中地質(zhì)條件非常復(fù)雜，甚至這些地層所跨越了非常多的地質(zhì)時(shí)代，變化十分復(fù)雜。包括在同一井段下存在著較大的壓力梯度等問題。不僅如此，這些復(fù)雜井還收到了地層中高溫高壓等條件的作用和影響，在復(fù)雜井下的鉆井施工提高鉆速縮短工期、減少成本存在著較大的問題。就目前我國的鉆井技術(shù)水平來說，難以達(dá)到國際的先進(jìn)水平，本文就利用鉆井新型井下工具提高復(fù)雜井鉆速進(jìn)行深入的研究和分析，并提供一些可供參考的意見和措施。

【關(guān)鍵詞】鉆井 新型工具 井下施工 復(fù)雜井 鉆速 研究

1 水力脈沖誘發(fā)井下震動鉆井工具研究

為了能夠提高鉆井工具的鉆井速度，可以通過采用水力脈沖誘發(fā)井下震動鉆來實(shí)現(xiàn)。水力脈沖類鉆具的基本原理是利用調(diào)制水利脈沖并利用水力能量的轉(zhuǎn)換達(dá)到將壓力脈動直接轉(zhuǎn)化為作用于鉆頭上的周期性沖擊載荷，并結(jié)合巖石在沖擊載荷作用下破碎較快的特性。而且井底的水力脈動有利于巖石應(yīng)力狀態(tài)和巖屑凈化，能夠一定程度上提高鉆具的破巖效率，并達(dá)到提高復(fù)雜井鉆速的效果。因?yàn)樗γ}沖鉆井技術(shù)是通過改善巖石受力和強(qiáng)化巖屑的凈化達(dá)到的，能夠提高井鉆的效率。但是由于調(diào)制所稱的水利脈沖鉆井工具存在壽命短、峰值低等問題，只能限制在中深井的使用。雖然我國近年來大力發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)，但是由于受到工業(yè)技術(shù)水平的限制，沒有取得良好的效果。而且使用此等鉆具及其容易隨著地層深度的增加，水力脈沖輔助破巖效果就會急劇降低。比如沖擊振動鉆井技術(shù)就明顯的存在這個(gè)問題，沖擊振動鉆井技術(shù)實(shí)際上是通過安裝在在鉆鋌和鉆頭之間的液動沖擊器在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的過程中對鉆頭施加沖擊作用力，并利用巖石在鉆具沖擊載荷作用下易于破碎的特點(diǎn)，從而大幅提高機(jī)械鉆速。通過一些實(shí)際的工作中可以印證其效果還是比較良好的，但是仍然存在以下幾個(gè)突出的問題：

（1）如果井下環(huán)境比較惡劣，工況比較復(fù)雜，那么滑動密封和彈簧等元件非常容易失去效果，而且工具的壽命較短，難以持續(xù)工作；

（2）由于在實(shí)際的鉆井工作中，非常容易受到結(jié)構(gòu)不合理、鉆井液性能和井深的影響，導(dǎo)致鉆具在施工當(dāng)中不穩(wěn)定，其工作范圍受到較大的限制。

2 水擊壓力脈動誘發(fā)鉆頭震動鉆井工具

一般水擊壓力脈動誘發(fā)鉆頭振動鉆井工具在具體的工作中，鉆井液是通過轉(zhuǎn)換接頭從噴嘴噴出的，并在噴出的過程中沿內(nèi)管下行，通過堵頭和承座之間的間隙，達(dá)到井底。而且因?yàn)槎骂^和堵頭承座之間的間隙一般較小，如果鉆井液通過該間隙時(shí)速度增加，便會在此處導(dǎo)致壓力急劇下降，很容易在堵頭上下端間成指向鉆頭壓力差，并推動堵頭向下方運(yùn)動。不僅如此，在這一過程中隨著堵頭向下運(yùn)動，往往會引發(fā)活塞上腔氣體體積增大和壓力降低的問題，并在堵頭下端和活塞上端面中形成一個(gè)指向鉆柱壓力差，進(jìn)一步導(dǎo)致堵頭持續(xù)向下運(yùn)動，一直到與堵頭承座碰接后才將鉆井液流道關(guān)閉，從而通過高速鉆井液阻斷所產(chǎn)生正水擊形成一定的水擊壓力。另外通過堵頭上方的正水擊壓力向上傳播，由轉(zhuǎn)換接頭上下端面之間的間隙，進(jìn)入帶內(nèi)管外壁與殼體內(nèi)壁中的環(huán)形空間并向下傳播，從而通過位于堵頭承座下方管壁上的通孔，到達(dá)堵頭并和堵頭上方保持一種平衡。并保證堵頭在指向鉆柱的壓力差的作用下脫離承座不斷向上運(yùn)動，如果鉆井液流道開啟，正水擊壓力便會在在平衡正水擊壓力的同時(shí)對鉆頭產(chǎn)生一種沖擊作用，并通過這種原理的不斷循環(huán)，達(dá)到優(yōu)化鉆井液和提高復(fù)雜井鉆速的效果。

空氣鉆井公技術(shù)一般包含著空氣泡沫鉆井、空氣重啟鉆井、空氣霧化鉆井和純空氣鉆井這幾種。在國外發(fā)達(dá)國家，空氣鉆井技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國外鉆井中空氣鉆井進(jìn)尺達(dá)總值的30%左右。但是就我國而言，空氣鉆井卻處于探索和起步階段。一般來講，空氣鉆井技術(shù)能夠保證循環(huán)介質(zhì)的密度低于1.0g/cm3，而且可以不同井的地層壓力選擇不同的空氣鉆井工具進(jìn)行鉆井施工，從而達(dá)到井筒環(huán)空循環(huán)流體壓力與地層壓力平衡效果，空氣鉆井工具能夠有效的控制鉆液流失，而且能夠夠提高在復(fù)雜井中的鉆速，縮短復(fù)雜井的施工周期。不僅如此，在某些較為復(fù)雜地質(zhì)的鉆井職工中，比如無地層流體區(qū)域，利用空氣鉆井工具和技術(shù)可以不斷提高堅(jiān)硬復(fù)雜巖區(qū)的鉆速，但是我國相對國外發(fā)達(dá)國家而言，此類經(jīng)驗(yàn)十分稀缺，雖然我國在這項(xiàng)技術(shù)上取得了一定的成就，但是在空氣鉆井工具設(shè)備的配套、參數(shù)和鉆具的選擇上上沒有一個(gè)統(tǒng)一的定論。因此，如何正確的進(jìn)行選用與操作對于提高復(fù)雜井鉆速具有重要的意義，所以在空氣鉆井的設(shè)備和鉆具組合上應(yīng)該得到重視。

在利用空氣鉆井工具時(shí)應(yīng)該設(shè)置一套智能流量計(jì)，以便在具體的施工當(dāng)中能夠及時(shí)掌握入井氣量等技術(shù)參數(shù)，從而科學(xué)合理的指導(dǎo)鉆井作業(yè)，同時(shí)還需要配備2臺FKY450增壓機(jī)，讓空氣進(jìn)氣壓力與空壓機(jī)達(dá)到配合，一般每臺設(shè)備的額定壓縮空氣量便準(zhǔn)為50m3/min，其最高工作壓力可以達(dá)到15MPa上下，另外還需要配置1套旋轉(zhuǎn)防噴器，旋轉(zhuǎn)防噴器可以起到鉆井施工中導(dǎo)向的作用，按上述參數(shù)可以知道，旋轉(zhuǎn)放噴劑的選用上應(yīng)該在等級大于3MPa左右，同時(shí)還需要在施工中配置一套除塵器，除塵機(jī)首先應(yīng)該進(jìn)行主水處理，確保排砂口沒有灰塵，從而滿足鉆井施工中對環(huán)境保護(hù)的要求。不僅如此，配置1套巖屑取樣器也是非常必要的，因?yàn)槿∩皹釉阢@井過程中能夠準(zhǔn)確的獲取所鉆地區(qū)的地質(zhì)資料，但是如何才能夠及時(shí)取到砂樣是空氣鉆井工藝技術(shù)需要得到解決的一項(xiàng)重要技術(shù)問題。此外，為了提高在復(fù)雜井中的鉆速，鉆劇組鉆頭應(yīng)該不裝配噴組，粗了要選用常規(guī)鉆井所使用的鉆頭外還可以采用空氣錘進(jìn)行鉆井施工，這是因?yàn)榭諝忮N可以加快在復(fù)雜井中的鉆井速度，同時(shí)在施工中還可以有效的放斜。另外需要得到注意的是，空氣鉆井鉆具的組合應(yīng)該常規(guī)鉆井的鉆具組合保持一致，從而防止防止鉆具在鉆井施工當(dāng)中泄壓時(shí)造成空氣倒流現(xiàn)象，防治巖屑帶入鉆頭導(dǎo)致堵塞鉆頭的問題。

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