張忠新

【摘? 要】鉆井技術(shù)在地下資源的開(kāi)采過(guò)程中起著非常重要的作用，但是現(xiàn)在科技技術(shù)仍不成熟，在很大程度上限制了我國(guó)鉆井技術(shù)的發(fā)展。目前我國(guó)在油氣開(kāi)采方面仍然采用的是淺井鉆井的科學(xué)技術(shù)，但是現(xiàn)在由于資源的快速消耗，淺井鉆井技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足我國(guó)對(duì)資源的需求，急需深井鉆井技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)這一缺陷。本文將對(duì)深度鉆井技術(shù)進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】深井鉆井，提速技術(shù)，難點(diǎn)分析，對(duì)策

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，世界對(duì)資源的消耗越來(lái)越大，傳統(tǒng)的開(kāi)采技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)現(xiàn)如今對(duì)資源的需求，因此世界需要加快對(duì)資源開(kāi)采技術(shù)的研究。我國(guó)正處于快速發(fā)展階段，對(duì)資源的需求越來(lái)越多，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的資源無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需求，對(duì)外部資源的依賴(lài)越來(lái)越大，這樣的資源環(huán)境嚴(yán)重影響國(guó)家的資源安全，因此，我國(guó)應(yīng)該提高國(guó)家的開(kāi)采技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的緊急情況。但是我國(guó)地形較為復(fù)雜，大多數(shù)資源都分布在隔壁，盆地和山地，這種地勢(shì)情況增大了開(kāi)采的難度，對(duì)開(kāi)采的技術(shù)要求非常高，嚴(yán)重影響了我國(guó)資源的開(kāi)采能力，若想提高我國(guó)資源開(kāi)采能力，就需要提高我國(guó)深井鉆井技術(shù)。

1.深井鉆井技術(shù)遇到的難題

1.1鉆頭硬度不足

隨著地層深度的加深，地下的壓力越來(lái)越大，所對(duì)應(yīng)的地層的密度也逐漸增大，其硬度也會(huì)隨著深度的增加而增大，而地下的能源都埋在較深的地下，其對(duì)應(yīng)的土層硬度也是非常的大，當(dāng)鉆頭鉆到較深的地下時(shí)，如果一個(gè)鉆頭的硬度不足，就會(huì)在鉆井的過(guò)程中而出現(xiàn)損壞，那就無(wú)法將開(kāi)采儀器伸進(jìn)油層，就無(wú)法達(dá)到開(kāi)采的目的。傳統(tǒng)的淺層開(kāi)采技術(shù)所用的鉆頭，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足在未來(lái)的開(kāi)采需求。

1.2溫度問(wèn)題

隨著鉆井的深入，地下的溫度越來(lái)越高，一般情況下溫度將達(dá)到150℃以上，這種溫度條件下，很多材料可能會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高而產(chǎn)生變形，井下作業(yè)的橡膠材料會(huì)因?yàn)楦邷囟焖倮匣撀?，脫落的材料將?huì)在井內(nèi)積壓，就可能會(huì)導(dǎo)致井眼堵塞，進(jìn)而影響開(kāi)采的速度，另一方面溫度的升高也會(huì)降低了鉆頭在鉆井過(guò)程中的速度，增加了鉆頭頂部的壓力，并且在高溫和土層壓力的雙重作用下，鉆頭可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷。

1.3鉆柱強(qiáng)度不足，易扭曲。

隨著鉆井深度的加深，鉆柱也隨之加長(zhǎng)，當(dāng)鉆柱長(zhǎng)度達(dá)到一定程度時(shí)，地層輕微的變化就可能會(huì)引起鉆柱的扭曲甚至產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響了開(kāi)采的進(jìn)度。另一方面扭曲的鉆柱其抗性也會(huì)大幅度降低。隨著地層的加深，地下壓力越來(lái)越大，扭曲的鉆柱就可能會(huì)因?yàn)榈挚共蛔〉叵碌木薮髩毫Χ霈F(xiàn)損壞，不但影響鉆井的速度，而且不利于資源的開(kāi)采。

1.4我國(guó)地勢(shì)復(fù)雜

我國(guó)的資源分布較為散亂，大多數(shù)分布在沙漠戈壁，盆地和山地，而多樣化的地形，對(duì)鉆頭的需求也有較大的差別。這種復(fù)雜的地形，導(dǎo)致申請(qǐng)?jiān)谧鳂I(yè)時(shí)機(jī)械鉆井平臺(tái)的鉆井速度較慢，地下的結(jié)構(gòu)也千差萬(wàn)別，在一定程度上影響了鉆井的速度。在鉆井工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)槿鳆}頁(yè)巖，泥巖火山巖等巖石而形成鉆頭的泥包現(xiàn)象，很容易造成鉆頭的速度下降，堵塞和卡頓等故障嚴(yán)重影響深井作業(yè)。

1.5深井段長(zhǎng)裸眼井壁易失衡

井壁的穩(wěn)定性是鉆井技術(shù)順利實(shí)施的根本保障，也是世界上公認(rèn)的一大難題之一。在深層作業(yè)時(shí)，井眼可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，對(duì)施工的正常進(jìn)行影響較大。研究者發(fā)現(xiàn)，井眼失衡現(xiàn)象往往會(huì)多次出現(xiàn)在一個(gè)鉆井當(dāng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)卡鉆，堵塞等現(xiàn)象，井眼的失衡原因，大多數(shù)是井壁巖的測(cè)壓力大于鉆井液的液壓，從而造成井壁巖的塌陷，甚至導(dǎo)致卡鉆等復(fù)雜的事故，對(duì)鉆井的進(jìn)度影響較大，另一方面地下溫度較高，也可能會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s的原因而造成地下巖石的膨脹，膨脹的巖石會(huì)擠壓鉆井，如果鉆井的抗壓能力不強(qiáng)，就可能會(huì)引起鉆井管的破裂。

1.6漏失層段多且分布廣

地層斷層等多種因素的影響，進(jìn)一步增大了深層鉆井在作業(yè)時(shí)事故的發(fā)生率。根據(jù)專(zhuān)家所研究的數(shù)據(jù)顯示，深井的每一段，都可能存在漏失現(xiàn)象，且漏失在每一層中都有可能存在，并且分布廣泛，漏失現(xiàn)象一旦發(fā)生，就會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和人員的傷亡，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大的影響，甚至有可能出現(xiàn)井噴現(xiàn)象，再加上因?yàn)槁┦У挠绊懺斐晒艿雷兊锚M窄，從而影響了管道運(yùn)輸?shù)乃俾剩瑥亩龃罅苏麄€(gè)開(kāi)采過(guò)程中的成本。

2.深井鉆井技術(shù)分析

2.1根據(jù)地層的結(jié)構(gòu)來(lái)改善鉆頭的類(lèi)型

我國(guó)地勢(shì)較為復(fù)雜，而且大多數(shù)資源都存放在較深的底下，我國(guó)每一段的地勢(shì)情況都有較大的差別，地下結(jié)構(gòu)也不盡相同，在進(jìn)行深層鉆井之前，可以初步的對(duì)地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)分析的結(jié)果來(lái)制定出一套合理的施工方案，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)來(lái)選出合理的鉆頭，如果地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜或者地層較為堅(jiān)硬，可以選擇較為堅(jiān)硬的鉆頭進(jìn)行深層鉆井，另一方面，合適的鉆頭可以減少事故的發(fā)生率，降低施工的風(fēng)險(xiǎn)，在一定程度上，可以避免很多不必要的損失，有利于降低整個(gè)施工過(guò)程中的成本，施工人員也得到了較好的防護(hù)。

2.2對(duì)深層鉆井平臺(tái)的鉆頭進(jìn)行隔溫處理。

所以這鉆頭的深入，地下的溫度越來(lái)越高，淺層的鉆頭顯然不適應(yīng)深層的高溫。溫度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致鉆頭周?chē)囊恍┫鹉z材料出現(xiàn)老化和脫落，這些老化脫落的材料可能會(huì)導(dǎo)致鉆井出現(xiàn)堵塞等現(xiàn)象，很不利于整個(gè)施工的正常進(jìn)行。在施工之前需要對(duì)深層鉆井的鉆頭進(jìn)行隔溫，可以使用一些耐高溫材料對(duì)鉆頭進(jìn)行包裹，形成一個(gè)隔溫結(jié)構(gòu)，這樣就可以避免因?yàn)楦邷赜绊懚鴮?duì)鉆頭的損傷，降低事故的發(fā)生率。

2.3提高鉆柱的抗壓能力。

隨著鉆頭的深入，地下的溫度和密度逐漸增大，因?yàn)闇囟群兔芏纫约暗叵聣簭?qiáng)的影響，地下稍微一點(diǎn)的變動(dòng)都可能會(huì)引起鉆柱周?chē)恍┩翆拥乃蓜?dòng)，由于土層之間不斷擠壓，再加上土層較為堅(jiān)硬，就有可能引起鉆柱的扭曲或斷裂。如果鉆柱的抗壓能力不能到提升，在資源的開(kāi)采過(guò)程中就可能會(huì)出現(xiàn)鉆柱的扭曲現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)石油氣井噴的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響整個(gè)開(kāi)采過(guò)程，因此這個(gè)問(wèn)題非常需要解決，在開(kāi)采前應(yīng)該對(duì)靠近鉆頭附近的鉆柱進(jìn)行抗壓處理，以防這種問(wèn)題的出現(xiàn)，來(lái)提高整個(gè)開(kāi)采過(guò)程的安全性。

2.4預(yù)防和處理井漏和卡鉆現(xiàn)象。

對(duì)于淺層出現(xiàn)的井漏井噴現(xiàn)象，我們可以將，經(jīng)常出現(xiàn)井漏現(xiàn)象的位置進(jìn)行處理，可以用一些高密度的材料來(lái)填充經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的位置，來(lái)預(yù)防這個(gè)問(wèn)題，另外可以用一些方法來(lái)增加土層的流動(dòng)性，防止因土層過(guò)硬而引起鉆管的斷裂現(xiàn)象。

2.5可以采用一些高分子材料來(lái)加固零件

比如可以采用一些高效的PDC鉆頭復(fù)合材料，這種材料如果應(yīng)用到鉆頭上，不但可以提高鉆頭的抗壓，抗溫能力，還可以提高鉆頭的硬度，對(duì)于較深層的地層來(lái)說(shuō)，PDC鉆頭能夠很好的適應(yīng)深層地層的環(huán)境，在一定程度上可以提高開(kāi)采的成功率。

結(jié)束語(yǔ)：

深層鉆井技術(shù)對(duì)我國(guó)的資源戰(zhàn)略非常重要。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)頭存在著硬度過(guò)低材料易脫落等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響整個(gè)鉆井過(guò)程，對(duì)資源的開(kāi)采非常不利，因此在資源開(kāi)采前，需要對(duì)鉆頭進(jìn)行加固處理，以防止因?yàn)橥翆佑捕容^大而出現(xiàn)的損壞現(xiàn)象。另一方面鉆柱也會(huì)因?yàn)榈貙拥淖兓霭l(fā)現(xiàn)損壞，可以采用一些高密度材料進(jìn)行加固，或者來(lái)提高鉆柱的韌性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王斐. 深井鉆井提速技術(shù)難點(diǎn)分析及對(duì)策[J]. 石化技術(shù)，2016.

[2]姚倫. 深井、超深井鉆井提速技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策[J]. 化學(xué)工程與裝備，2018，000（011）：112-113.

[3]深井、超深井鉆井提速技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，039（010）：101-102.

（作者單位：中石化勝利石油工程有限公司西南分公司）