本文摘要：摘要：为提高深层天然气开发效率，解决深部地层机械钻速低、钻井周期长等技术难题，大庆钻探经过多年的科研攻关和技术储备，相继开发出液动旋冲、复合冲击、涡轮钻具等一系列深井提速工具，并对工具结构和配套工艺流程进行不断优化，最终形成了适合于深部难
摘要：为提高深层天然气开发效率，解决深部地层机械钻速低、钻井周期长等技术难题，大庆钻探经过多年的科研攻关和技术储备，相继开发出液动旋冲、复合冲击、涡轮钻具等一系列深井提速工具，并对工具结构和配套工艺流程进行不断优化，最终形成了适合于深部难钻地层的钻井提速技术及配套工艺。通过现场的规模化应用，深部地层机械钻速得到明显改善，同比提高20%以上，钻井周期平均缩短20d以上。为保障深层天然气的高效开发提供了有效的技术保障。
关键词：深部地层,机械钻速,钻井周期,提速工具
大庆深部地层岩性强度大、可钻性差，尤其是泉头组到沙河子组，岩石可钻性级值在8~10之间，机械钻速极低，钻头磨损严重，严重影响了大庆油田深层天然气的勘探开发进度。为了提高深部地层机械钻速，进行了一系列提速工具的研究，并形成了适合深层的钻井提速技术，使机械钻速提高，钻井周期缩短，为加快大庆油田深层天然气的开发提供了技术支撑。
1液动旋冲工具
液动旋冲工具通过在常规钻具组合上安装液动冲击器，改变钻头破岩方式，从而大幅度提高机械钻速。技术优势有以下几点：(1)产生较高频率的周向冲击力，使岩石形成裂纹，改变PDC钻头与地层岩石的接触方式，减少粘滑现象，起到辅助破岩作用;(2)液动旋冲工具内部特殊的水力学转化机构，能够改变钻井液流态，产生高频水力脉冲波动，辅助破岩并能提高井底岩屑的清洗效果。(3)抗温性强，能在井底较高温度条件下使用[1-2]。
由于深部难钻地层岩性特殊，要求钻头必须具有良好的耐磨性及抗冲击能力，所以钻头的选择和使用受到很大限制，深井直井营城组以下800m左右的井段，占全井的19%，周期占全井的40%，钻头用量占全井的60%，常规PDC钻头不能应用于该层位，通常使用的牙轮钻头也多出现钻头断齿、掉齿、磨尖等现象，4000m以上的平均建井周期仍然高达150d以上。所以，在液动旋冲工具技术基础上，还需要优选适合该层位的高效钻头来配合使用，以达到进一步提高机械钻速的目的。
通过分析岩石力学特性和地层特点，优化钻头冠部曲线，采用高强度PDC球齿，优化高性能脱钴复合片，提高PDC钻头的耐磨性，形成一系列与液动旋冲工具相配套的提速技术，有效解决了深层地层机械钻速低的难题。
1.1液动旋冲+6刀翼PDC钻头
这种提速工具组合在泥岩、砂岩及砂砾岩含量较少的地层中提速效果明显，进尺和使用寿命不断提升。在试验井泉头组—沙河子组，上部岩性砂泥岩，下部岩性流纹岩、凝灰岩、火山角砾岩，共施工2趟钻，进尺超过1700m，单支工具最高进尺1300m，最长使用时间275h。与邻井同井段相比，平均单趟进尺提高6.7倍，机械钻速提高1.7倍，节省钻头8只，减少8趟起下钻，缩短施工周期39d。
1.2液动旋冲+牙轮钻头
对于砂砾岩、火山角砾岩等坚硬研磨性地层，采用液动旋冲工具匹配牙轮钻头的提速方式，起到了良好的提速效果。在试验井中共施工2趟钻，平均单趟进尺比邻井提高了近80%，平均机械钻速提高了15%。
1.3螺杆+液动旋冲+5刀翼PDC钻头
针对强塑性泥岩地层，采用螺杆和液动旋冲工具相结合的方式，通过复合钻进提高钻头钻速，取得了较好的提速效果。在试验井中，使用井段2100~2500m，平均钻速达到了4.5m/h，与同井段邻井相比，平均机械钻速提高20%以上。目前大庆油田自主研发的液动旋冲提速工具及配套工艺技术已在深层钻井施工中推广应用80口井以上，总进尺超过5×104m，平均机械钻速2.8m/h，与常规钻进方式相比平均提速120%以上，单井钻井周期平均缩短15d左右。
2涡轮钻具
涡轮钻具是一种通过钻井液驱动的井下液动马达。工作时高压钻井液能够冲击叶片和弯曲的涡轮定子，将钻井液的压能和动能转化为机械能，进而驱动钻头高速转动，达到提高机械钻速的目的。该工具耐高温性能好、横向振幅小、耐钻井液腐蚀、井眼规则、稳定性高，比螺杆钻具更适合用于深部高温油气井的开采[3]。
从美国和俄罗斯引进的涡轮钻具在大庆油田的3口深井中进行了现场试验。大庆油田自主研发的涡轮钻具配合优选的孕嵌金刚石钻头在SS9H等井进行了现场试验。其中SS9H三开一趟钻钻至设计井深，大幅度提高了机械钻速，减少了起下钻等停时间和钻头使用数量，整体指标已接近国外同类产品。
3复合冲击工具
复合冲击工具工作原理是在井下环境中，钻井液流经节流装置，产生驱动横向冲击装置和纵向冲击装置所需的内部液体压差。在内部液体压差的驱动下，横向冲击装置和纵向冲击装置分别往复撞击壳体，使复合冲击器产生一定频率的周向和轴向振动。该工具所产生的三维冲击振动具有高频率和均匀稳定的特点，并能够直接传递给PDC钻头，使得在钻井过程中显著提高机械钻速[4-5]。
在现场试验中，复合冲击工具下井50h，纯钻时间40h，进尺超过850m，机械钻速超过12m/h。现场泥浆泵的排量为30L/s，最大钻压为80kN，复合冲击器的压降为2MPa，整个现场试验过程中，性能稳定。与邻井螺杆和PDC钻头组合施工情况相比，平均机械钻速提高150%以上，说明复合冲击工具具有良好的提速效果。钻完井后，PDC钻头冠部齿无磨损，只有侧齿有轻微磨损，比邻井PDC钻头磨损程度下降很多。
4旋转导向钻井技术
旋转导向钻井系统是钻柱在旋转钻进过程中实现准确增斜、稳斜、降斜及扭方位的技术，已经成为复杂超深定向井和大位移水平井使用的必备技术，在寻找油藏、提高机械钻速方面，具有其他技术无可比拟的优势。大庆油田在深层天然气钻井中，全部使用国外旋转导向钻井系统，在提高机械钻速方面也取得了显著效果。由于国外公司旋转导向系统引进费用和租赁费用昂贵，近年来大庆油田也开展了旋转导向钻井系统的自主研发，技术已经日趋成熟，将来在深层天然气的开发过程中会发挥更大的作用。
5结论
(1)大庆深部天然气开采过程中，普遍存在着因地质条件复杂、岩石可钻性差而引起的机械钻速低、钻井周期长等技术难题。为解决此类问题，大庆油田研发了液动旋冲、涡轮钻具等一系列深井提速工具和配套工艺技术。(2)在大量现场应用过程中，提速工具提速效果明显，使钻井周期缩短，节约了大量钻井成本，说明形成的提速工具及配套工艺技术能够满足大庆深层天然气的高效开发。
参考文献：
[1]陈安明，张进双，白彬珍，等.松辽盆地深井钻井技术难点与对策[J].石油钻探技术，2011,39(4)：119-122.
[2]罗玉财，李晶莹，李振昊，等.深潜山阳探1井钻井提速技术[J].石油钻探技术，2015,43(6)：130-134.
[3]陈绍云，邢琛，孙妍.提高庆深气田气体钻井效率技术研究[J].石油钻采工艺，2014,36(1)：22-25.
[4]王海波.大庆徐家围子超深井提速技术研究[D].东北石油大学，2013.
[5]李瑞营，王峰，陈绍云，等.大庆深层钻井提速技术[J].石油钻探技术，2015，43(6):130-134.
天然气方向论文范文：天然气工艺发展现状及环保措施
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