摘 要：深部油气藏发育的地层岩性强度大、可钻性差，岩石可钻性级值在8-10之间，机械钻速极低，钻头磨损严重，严重高深部地层机械钻速，油田相继开展了液动旋冲、复合冲击、涡轮钻具等一系列提速工具的技术研究，并形成了适合深层天然气地层的钻井提速工艺及配套技术，机械钻速得到了大幅度提高，为加快油田深层天然气的开发提供了技术支撑。
关键词： 深部地层；致密性岩石；液动旋冲；复合冲击；涡轮钻具
1深层地质特点及钻井难点
1.1地质特点
深部地层的岩性较为复杂，主要为火山岩、砂砾岩等可钻性较差的致密性岩石。地质特点有：①井底温度高，平均地温梯度为4.1ｔ：／100ｍ；②储层埋藏深，最深可达6000ｍ；③岩性致密，密度可达2.7ｇ／Cｍ3以上；④储层结构复杂，有原生孔隙、裂缝性储层、溶孔和裂缝组合等。
1.2钻井难点
（1）岩石硬度大，强度大于5000ＭPａ，钻遇火山岩、砂砾岩地层钻速低，钻头磨损严重。（2）地温梯度高，5000ｍ井深时井底温度超过200°C，对井下设备和井下流体抗温性要求高。（3）地层倾角大，防斜难度高。
2提速工具研究
2.1水力振荡器
水力振荡器是在钻井液水力作用下，通过叶片和传动装置将钻井液的动能转化为轴向高频振动，破坏井壁与钻具间的粘附力，将二者间的静摩擦转变为动摩擦，缓解托压现象，降低卡钻发生几率，从而达到提升破岩效率，提高机械钻速的目的。其技术原理是：钻井液驱动动力机构的叶轮高速旋转，再带动阀门片旋转，在高速旋转过程中，阀门片可以打开和关闭通道，从而产生周期压力脉冲，压力脉冲然后通过滑动密封总成将脉冲施加压到振动机构的弹簧上，压力在最大值和最小值之间切换时，可带到弹簧做往复运动，再带到振动心轴产生轴向往复运动，最终使井下钻具在水力振荡器带动下进行轴向振动。自主研发的水力振荡器A井进行了应用，钻进进尺超过500ｍ，累计工作96ｈ，其中滑动钻进37ｍ，平均机械钻速超过5ｍ／ｈ，钻速提高50％以上；复合钻进465ｍ，钻速提高23％，平均机械钻速14ｍ／ｈ，摩阻减小20-40ｋN.
2.2液动旋冲工具
液动旋冲工具是将钻头的破岩方式进行了改变，将高压水利脉冲和高频机械冲击相结合，使机械钻速得到大幅度提高。这就需要在常规钻具组合上装一套液动冲击器。其技术特点是：①液动旋冲工具内部含油特殊的水力学转化机构，可改变钻井液流态，形成高频震荡波，辅助破岩并提高井底岩屑的清洗效果；②为纯机械构造，抗温性强；③操作简单。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。
2.2.1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。在试验井上部岩性砂泥岩，下部岩性流纹岩、凝灰岩、火山角烁岩，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。
2.2.2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，见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°.
2.2.3螺杆＋液动旋冲＋5刀翼ＴＯC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4.5ｍ／ｈ，与同井段邻井相比，平均机械钻速提高20％以上。液动旋冲提速工具及配套工艺技术已在深层难钻地层推广应用80口井以上，总进尺超过50000ｍ，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。
2.2.4涡轮钻具
涡轮钻具是一种井下液动马达工具，主要靠钻井液冲击叶片和涡轮定子，将钻井液产生的动能和压能转化为破岩所需的机械能，具有横向振幅小、耐高温、耐腐蚀等优点＇从美国和俄罗斯引进的涡轮钻具在油田3口深井中进行了现场试验。涡轮钻具在Ｈ井现场应用中，三开一趟钻钻至设计井深起下钻等停时间减少，钻头使用数量降低，大幅度提高机械钻速。
2.3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。
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。
2.4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。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。
3结论及建议
（1）深部天然气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，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深层天然气的高效开发。
参考文献：
［1］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，2018，43（6）：130－134.
［2］李瑞营，王峰，陈绍云，等.深层钻井提速技术［Ｊ］.石油钻探技术，2015，43（6）：丨30－134.