影響鉆井機(jī)械速度的主要影響因素分析

1.1 地質(zhì)因素影響

（1）在較深的地層結(jié)構(gòu)中，由于巖層的硬度較大，所以可鉆性較差。隨著深度的增加，可鉆性等級(jí)越，根據(jù)每層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，可鉆性也發(fā)生著變化。在較深的井段中，由于高溫高壓的原因，會(huì)提高可鉆性的等級(jí)難度。在含有泥巖和泥質(zhì)砂巖的地層中，由于彈性、塑性和脆性發(fā)生了變化，所以提高了破碎的難度。在砂泥巖互層并且含有礫石層時(shí)，還會(huì)發(fā)生跳鉆現(xiàn)象，會(huì)降低鉆具的使用壽命，影響到鉆井機(jī)械的速度。

（2）深部地層巖性不均質(zhì)，常發(fā)生礫石塊剝落，井下復(fù)雜情況發(fā)生幾率增多深部地層不但宏觀上巖性復(fù)雜，而且同一巖性結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在鉆井過程中，常有剝落坍塌的礫石塊，致使鉆頭先期損壞。

（3）地層溫度高。高溫高壓對(duì)鉆井液性能影響較大，也致使鉆頭保徑齒和切削齒脫落、井下工具密封失效和鎢鋼柱脫落，造成井下復(fù)雜情況增加和固井難度增大。

（4）地層傾角大。對(duì)于地層傾角大約為20～60。的井，為了控制井身質(zhì)量，常常需要輕壓吊打，這就嚴(yán)重影響了深井的機(jī)械鉆速。

鉆井工程因素

（1）鉆井方式。

鉆井方式的選擇會(huì)直接影響到鉆井工程的效率，一般情況下，在確定完井深結(jié)構(gòu)以后，就會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的鉆井方式，這是提高單位井段鉆井效率的重要因素。在以往的鉆井工程中，基本都采用以下鉆井方式。在上部地質(zhì)比較松軟的地層，一般都會(huì)采用以水力破巖為主、機(jī)械破巖為輔的噴射式；在中深部地層井段中，采用機(jī)械破巖為主、水力破巖為輔的方式；在地層比較深的硬巖層，因?yàn)闀?huì)對(duì)管內(nèi)造成較大的壓力，增加損耗，所以主要是以機(jī)械破巖為主。這種傳統(tǒng)的機(jī)械鉆井方式，不僅速度低，并且耗用周期長(zhǎng)，在能源需求量較大的時(shí)期，無法滿足能源勘探的發(fā)展需求。

（2）鉆井設(shè)備。

由于受到資金以及技術(shù)條件的限制，我國(guó)現(xiàn)有大部分的鉆井設(shè)備還比較落后，無法滿足能源勘探的發(fā)展需求?，F(xiàn)階段的鉆井裝備主要包括鉆機(jī)、泥漿泵、泥漿凈化的固控設(shè)備、鉆桿鉆鋌等井下鉆具等，這些裝備的現(xiàn)有性能都是影響鉆井效率的因素。在鉆井工程中，因?yàn)樯喜烤蔚闹睆捷^大，所以需要較大的排量，這就需要保證雙泵同時(shí)打鉆，在鉆桿鉆鋌的外徑尺寸不夠的情況下，就會(huì)導(dǎo)致井下的機(jī)械能量不夠，影響到鉆井速度；現(xiàn)有的泥漿凈化固控設(shè)備水平較低，無法有效降低泥漿中的固相含量，在泥漿密度較高的情況下，導(dǎo)致井下壓差，容易出現(xiàn)重復(fù)破碎現(xiàn)象；因?yàn)殂@桿鉆鋌的內(nèi)徑較小，所以會(huì)增加下部井段的水能損耗，降低了鉆頭的壓降，影響到井底清洗的效果。

破巖鉆頭

當(dāng)前，新材料、個(gè)性設(shè)計(jì)、3D 打印等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鉆頭的研發(fā)與制造。斯倫貝謝公司研制的LWD、高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)一體化PDC 鉆頭，實(shí)現(xiàn)“造斜段 水平段”一趟鉆進(jìn)，提高了斜井段和水平段的機(jī)械鉆速；深層脫鈷PDC 鉆頭在印度Barmer 盆地硬地層應(yīng)用，平均機(jī)械鉆速為10.7m/h，較普通鉆頭鉆速提高47%；旋轉(zhuǎn)切削齒PDC 鉆頭實(shí)現(xiàn)了切削齒旋轉(zhuǎn)切削和均勻磨損，鉆速提高26%，壽命延長(zhǎng)6 倍以上；錐形切削齒PDC 鉆頭可有效減少鉆頭的扭矩波動(dòng)，在美國(guó)Williston 盆地的垂直段和水平段使用，平均機(jī)械鉆速增幅超過46%，達(dá)77%。

動(dòng)力鉆具及輔助破巖工具

近幾年動(dòng)力鉆具及輔助破巖工具研發(fā)取得了較大進(jìn)展。加拿大DRECO 公司研發(fā)的低速大扭矩螺桿，轉(zhuǎn)速為100 ～ 110r/min，制動(dòng)扭矩為15000N·m，提速達(dá)31%。俄羅斯VNIIBT（VNIIBT-Drilling tools Ltd）公司研制的NGT 中高速渦輪鉆具，轉(zhuǎn)速為400 ～ 600r/min，制動(dòng)扭矩為3940N·m，壽命達(dá)1200h。Smith 公司研制的耐高溫長(zhǎng)壽命渦輪鉆具，耐溫300℃，一次鉆進(jìn)時(shí)間達(dá)到358h。國(guó)民油井公司（NOV）研發(fā)的水力沖在硬地層應(yīng)用，鉆井進(jìn)尺和平均機(jī)械鉆速與同類鉆井液馬達(dá)相比均提高180% 以上。阿特拉能源技術(shù)有限公司（Korla Energy Technologies Co., Ltd.）研制的扭力沖擊器（TorkBuster），沖擊頻率為750 ～1500 次/min，機(jī)械鉆速提高150% 以上，鉆頭壽命延長(zhǎng)50%。