摘 要：复合钻进技术是转盘和井下动力钻具同时驱动钻头的一种工作方式[1]，井下动力钻具是指能把钻井液的能量转化为钻井破岩动力的井底钻具，如，涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具等，目前国内较常用的是螺杆钻具。由于复合钻进时转速是转盘转速和井下马达转速的叠加，因此转速高因此提速效果显著，而对于定向井，采用钻头+单弯螺杆+MWD”钻具结合可根据实际需要进行滑动钻进和复合钻进，一种钻具组合实现调整轨迹和提速双重目的，对于东部大部分浅井和中深井可实现一趟钻完成整个造斜段和稳斜段。
关键词： 复合钻进技术；调整轨迹；提速效果；参数优化
1、复合钻井机械钻速影响因素分析
影响复合钻进机械钻速的主要因素包括地层岩石力学性质、机械参数、钻井液性能、水力参数、钻头类型、井身结构等。
地层岩石性质是影响机械钻速的主要因素，包括岩性、倾角、岩石抗压强度、塑性系数、可钻性等，这是岩石固有性质，深井下部井段的地层由于埋藏深，地层压实作用大，导致岩石本身强度大，且下部地层岩性古老，可能从脆性变为塑性，不易破碎，导致机械钻速低，提速的重点是选择与岩石相匹配的钻头类型。
井身结构主要影响钻头对岩石的破碎量，上部井段由于井眼尺寸大，破碎体积大，机械钻速低，提速的重点是在保证安全的前提下，简化井身结构。
机械参数、钻井液性能、水力参数对于复合钻进机械钻速的影响是一个系统性问题，随着井深加深，钻头破碎地层的水力能量和机械能量也由于井眼深、沿程损耗大而降低，这些都导致了机械钻速下降，因此，要提高机械钻速，必须使钻头获得较高的机械能量和水力能量入手，即提高钻头的水功率、钻压和转速，但是上述参数不可能无限增大，且参数过大所需的系统输入能量必然增加，造成过高的浪费，因此需要进一步优化。
2、参数优化
根据复合钻井技术的特点，在建立考虑钻头磨损的PDC钻头的钻速模型基础上，分析了钻压、转速和钻头水功率等钻井工程参数对机械钻速的影响，结果表明提高钻压和转速是提高PDC+螺杆钻具复合钻井机械钻速的主要途径，提高钻头水功率在一定程度上可以提高机械钻速，但能量损耗严重，且受很多条件限制，不推荐采用，最终推荐了PDC+螺杆钻具复合钻井钻井参数的推荐范围，对现场施工有一定的指导作用。
首先根据钻速模式对强化钻井参数的可行性进行初步的分析。目前钻速模式很多，但大多针对牙轮钻头，对于适合于PDC钻头的钻速模式较少，AMOCO公司提出了一种适合于PDC钻头的钻速模式[5]，但是不涉及磨损，在其钻速模式基础上进行改进，提出了一种考虑钻头磨损的PDC钻头的钻速模型：
（1）
式中，为机械钻速，m/h；为岩石可钻性系数；为钻压，kN；为转速，r/min，Q为射流水功率，kW；为以压力梯度表示的井底压差，g/cm3，h为磨损程度，无量纲；A、B、C、D、E待定系数，根据现场统计得到，一般取A=0.5-1.0，B=0.5-0.65，C=0.2-0.3，D=0.1，E=2-3。
对于不同的钻头类型和地层，K值是不一样的，分析时假设是在相同地层，钻头类型相同，K值大致不变。图1、图2和图3分别是钻压（比较钻压为100kN，A＝0.5）、转速（比较转速为60r/min，B=0.5）和钻头水功率（比较水功率为130kW，C=0.25）变化时，机械钻速增加的比值。
图1 钻压对机械钻速增加比值的影响 图2 转速对机械钻速增加比值的影响
图1表明，增加钻压提高机械钻速，但提高钻压要受到井下条件和钻具承载能力的制约，钻压过大易导致螺杆动力钻具憋泵，造成憋漏地层，螺杆早期损坏，也会影响地面设备寿命。图2表明，提高转速可以大幅度提高钻速，当转速从通常的60r/min提高到270r/min时，理论上机械钻速可以提高2倍。特别是对于PDC钻头，由于其结构上的特殊性，使之能承受较高的转速，这也是螺杆钻具配PDC钻头的复合钻井方式能够极大提高机械钻速的根本原因，但是受螺杆钻具自身的功率限制，输出扭矩和转速有一定限制，而增大转盘转速会引起钻具涡动及钻具磨损加重。
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图3 钻头水功率对机械钻速增加比值的影响
图3表明提高钻头水功率可以提高机械钻速，但是钻头水功率的提高提速幅度越来越小，且大幅度提高钻头水功率必然要提高地面泵功率，从而因此沿程损耗急剧增加，经济性差，安全隐患高，因此一般钻头水功率有一个最优值，需要专门计算和优化。
综上所述，为实现最优钻井，钻压、转盘转速和钻井液排量必须控制在一定的范围。通常转盘转速控制在30-70 r/min，原则上井越深，井眼越小，转盘转速应越低。对于较常见的Φ165mm螺杆，钻压通常为60-80kN，Φ172mm螺杆的钻压通常为80-100kN，Φ197mm螺杆的钻压通常为10-120kN。排量的选择在满足钻井要求的同时，不要超过螺杆钻具允许的最大排量，如果要求的排量太大，可考虑选用带分流孔的空心转子螺杆钻具来解决大排量问题。
3结论
（1）增加钻压提高机械钻速的有效途径，但提高钻压要受到井下条件和钻具承载能力的制约，需要根据井眼尺寸和井深及时调整。（2）提高转速可以大幅度提高钻速，理论上机械钻速可以提高2倍，特别是对于螺杆钻具配PDC钻头的复合钻井方式更能发挥PDC钻头的特性，推荐转盘转速控制在30-70 r/min。（3）提高钻头水功率可以提高机械钻速，但能量损耗严重，经济性差，安全隐患高，钻头水功率按照水力参数优选的最优结果设定即可。
参考文献
[1]常红梅.复合钻井技术在延长油田的应用分析田[J].内蒙古石油化工, 2018, 10 (12):146-147
[2]徐志明.浅谈复合钻井技术在油田的应用[J].科技资讯, 2011, 24(9):112
[3]张玲.复合钻进技术在陕北油田的应用田机[J].机械管理开发, 2019(5):52-58
[4]马立,付建红,王希勇等.复合钻井防斜打快机理探讨[J].石油矿场机械, 2008,37(8):70-73