高速牙轮钻头：川西深层钻井提速的保障——高速牙轮钻头在川西深层钻井的应用
川西新场地区须家河组工程地质特征及优快钻井对策研究
川 西 新 场 地 区须 家 河 组 工 程 地 质 特 征 及 优 快 钻 井 对 策 研 究
杨 彬（ 志 耄
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胡 章 张 登 ， 善 中化南气 １技研院四德６０ 永 生 刘 华 （ 西油分司程 院…川 １ 曲涌计石 桉 究， … … ） 石一 公工 术 ． 阳８ 甬 一 一… 木 …～ ’ Ｕ ｌ ０ ０ 军 ｕ。
故 经常发 生 ，特别 是裂 缝性 气藏 在横 向上 变化很 大 ，往 往同一 井场两 口井 地层 特性 都有 很大差 异 ，复 杂
的地质条 件为钻 井设计 和施 工造成 很 多 困难 。
须家河组工程地质 特征
１ １ 地 层及岩性 特征 ．
须家 河组岩 石类 型较 多 ，纵 向上 分布具 差异 性 。须 五段 和须三段 中泥页岩 及 多个含 煤层 为硬脆性 特 点 ，易剥 落掉块 、坍塌 ，导 致井 内复 杂情况 ；若裸 眼浸 泡时 间长 ，泥 页岩 井段 易膨 胀缩 径 ；钻 遇高压 含
23钻井参数偏于保守川西深井钻井中一开j24445mm牙轮钻头钻压为0240kn转速4o75rmin排量和泵压分别为3060ls和o12mpa二开3112mm钻头钻压为40200kn转速60100rmin排量和泵压分别为3345ls和1o19mpa三开2159mm钻头钻压为80180kn转速6070rmin排量和泵压分别为2025ls和l317mpa所施加的钻压转速排量泵压虽然都能满足安全钻进满足携带岩屑的要求但由于川西地层倾角很小不易井斜可以适当增大钻压转速加大排量和泵压强化钻井参数来提高钻速
钻 井 复 杂 事 故 。这 些 复 杂 的 情 况 严 重 制 约 了钻 速 的 提 高 ，增 加 了钻 井 成 本 ，危 及 钻 井 安 全 。在 对 新 场 地 区钻 井 工 程 地 质 特 征 分 析 的 基 础 上 ， 有 针 对 性 地 提 出提 高 须 家 河 组钻 井 速 度 的 技 术 途 径 ，对 加 快 该 地 区 须 家 河组 气 藏 的勘 探 速 度 有 着 重 要 意 义 。
查干区块火成岩井段钻井难点分析
26CPCI 中国石油和化工地质勘探查干区块火成岩井段钻井难点分析王素文（河南省濮阳市中原油田石油工程技术研究院 河南濮阳 457001）摘 要：本文对目前查干区块地层特点入手，结合实钻情况，总结了查干区块钻井难点，该区块火成岩地层可钻性差，钻头选型困难，钻头磨损严重，钻井液密度偏高，影响了查干区块的勘探速度，查干区块钻井难点的分析，为下步钻井技术优化指明道路，做好技术基础。
查干地区目的层主要在苏红图组、巴音戈壁组，苏红图组有大量火成岩，以玄武岩、凝灰岩为主，中间夹杂着粉砂岩、砂泥岩，埋深在1000～3000m 左右。
玄武岩裂隙和气孔发育，一旦被钻开后，砂泥岩的吸水膨胀，钻井液滤液会进入玄武岩的裂隙和气孔，改变地层原有的压力平衡，裸眼井段极易发生井壁失稳、掉块垮塌现象。
为平衡火成岩地层的坍塌，φ311.15mm 井眼钻井液密度需提至1.45g/cm³左右，φ215.9mm 井眼钻井液密度需提至1.35g/cm³左右，较高的钻井液密度又对机械钻速产生了负面影响，同时不利于保护油气层。
地层硬度高、研磨性强、非均质性严重、可钻性差、井间差异性大、钻头选型困难、玄武岩地层井段长易坍塌等技术难点，造成了查干区块钻井速度低、钻井成本高。
如何提高钻井速度、使用较低密度的钻井液体系抑制火成岩地层井壁垮塌一直是制约查干地区的技术难题。
1 地层可钻性极差，地层岩性分选性差，差异性大，含砾岩地层多，玄武岩地层段长、分散。
由于从上到下多数地层都含砾岩，中部还含有大段不连续的火成岩，硬度非常大，可钻性非常差（见图1），严重约束了PDC 钻头的使用，所施工各井都进行了PDC 钻头的探索，效果很不理想。
并且由于地层岩性的影响，牙轮钻头在使用过程中，磨损、断齿现象很普遍，也严重影响了牙轮钻头的使用寿命。
2 钻头选型困难。
由于地层研磨性强，可钻性差，造成钻头损坏严重，钻头纯钻时间短，牙轮钻头的失效主要是牙齿磨损，很少出现轴承损坏的现象。
新疆西北区块深井钻井提速技术浅谈
2017年09月新疆西北区块深井钻井提速技术浅谈王治国(中石化中原石油工程有限公司塔里木分公司,河南濮阳457001)摘要：结合新疆西北区块的实际情况，进行深井钻井施工过程中，优化石油钻探工艺技术措施，不断提高机械钻速，实现高效的石油钻探施工，满足油田开发的需要。
解决深井钻井提速的难点问题，应用高温直螺杆、涡轮钻具等钻井工具的优化设计，达到深井钻探提速的效果。
关键词：新疆；西北区块；深井；钻井提速技术新疆西北区块应用深井的优快钻井技术措施，达到钻井提速的技术要求，获得较好的经济效益。
因此，有必要研究西北区块深井钻井提速的技术措施，适应深井石油钻探的需要，最大限度地提高钻井的效率，降低油气田生产的成本，提高油气田生产的经济效益。
1新疆西北区块石油钻探概述新疆西北区块属于塔里木盆地的开发区块，在该区域布置了大量的深井钻探施工任务，为了防止钻井施工过程中，遇到更大的难题，对钻井施工过程中可能遇到的复杂情况进行分析和研究，解决地质瓶颈问题，一个是古近系膏岩蠕变缩颈的问题，另一个是火山岩在钻探施工过程中的垮塌问题。
不断提高机械钻速，总结出钻探深井的工艺技术措施，优化设计钻井施工程序。
采取地质分析策略，优化各种钻井施工参数的设计，优选合适的石油钻探工具和钻具的组合，不断提高机械钻速，达到深井钻井提速的目标，更好地完成深井钻探任务。
2新疆西北区块深井钻井提速技术措施为了提高新疆西北区块深井的钻探速度，采取必要的技术措施，解决深井钻探的难点问题，合理设计石油钻井工艺技术，优化钻具组合，并结合油田深井的特点，采取相应的处理处理，解决钻井提速问题。
2.1优化随钻防漏技术措施的应用在深井钻井过程中，优化井身结构，减少开钻频次，降低石油钻井成本，提高了机械钻速。
分析新疆西北区块地层的特点，由于地层中泥页岩的发育比较突出，易漏、易塌，为了保证安全钻探，优化井身结构设计，将四开四完的井身结构设计简化为三开三完的设计，将三级的简化井身结构应用于深井钻井施工中，通过表层套管、技术套管和油层套管的作用，完成深井钻探施工作业任务。
高速涡轮钻井技术在川西深井强研磨地层的提速应用
为 便于计 算 ， 将式 （ １ ） 适 当简化 为式 （ ２ ） ：
一 一
：
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ｒ ２、
１ ． １ 钻 头选 型
Ｄ ．尺
一
针 对川 Ｉ 西深 井须 家河组 二段 地层 具有 可 钻性 极
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ０— ３ ０
应 用上述 公式 对须 家河 二段 使用 钻头 的 比能进
基金项 目： 国家科技重大专项 （ ２ ０ １ １ Ｚ Ｘ ０ ５ ０ ２ ２— ０ ０ ５ ） 作者简介 ： 秦晓庆 （ １ ９ ６ ４一 ） ， 女， 湖北人 ， 高级工程师 ， 研究方 向为石油工程 。
其 岩石类 型 为 岩 屑 砂 岩 、 岩屑石英砂岩 （ 含 泥 小 于
１ ０ ％） 、 长石岩 屑 石 英 砂 岩 ， 地层岩性变化 大 （ 砂 泥 岩互层 ） 且 变 化 频 率 快 。地 层 抗 压 强 度 波 动 范 围
差、 研磨 性 强 、 易 产 生 井壁 掉 块 的 缺点 ， 配合 高 速 涡 轮钻 井 时破岩 方 式 以低钻 压 、 高 转速 微 剪 切 的作 用 提高 机械 钻速 。选 择钻 头类 型时 主要 考 虑 以下 几个 方面 ： 耐磨 损 可提 高纯 钻 时 间 ； 磨 损 后 机 械钻 速 不 会 大 幅下 降 ；结 构 相 对 简 单 ， 钻 井 过程 中安 全可 靠 性高； 钻 头使 用 过 程 中纵 向振 动小 ， 受力简单 ， 保 证 井 内安 全 ； 适 合 高转速 钻进 。 由于须 二 段 地 层 平 均 摩 擦 角 为 ４ ６ 。 左右， 最 高 可达 ５ ７ 。 ， 因此 Ｐ Ｄ Ｃ钻 头 不适用 ， 目前也 没有 合适 的
影响定向井钻井时效的关键因素及提效措施
影响定向井钻井时效的关键因素及提效措施摘要：随着国内各区块产能建设部署的不断推进，定向井开发已经在各油气田得到了规模化应用，然而定向井钻井工艺的应用效果却参差不齐，尤其是复杂构造区块，部分构造地层夹层多，井漏频繁复杂，地层可钻性差，严重制约了定向井钻井速度。
如何缩短钻井周期，提高钻井速率已经成为新形势下提高定向井钻井效果的关键。
基于此，本文结合复杂区块定向井钻井提速实践，在分析了影响钻井速度的几个关键因素基础上提出了优选造斜点、优化钻头选型、优化钻具组合、减少井下复杂情况和事故等快速钻井技术措施，并就在现场实践中取得了良好的应用效果进行了阐述。
关键词：复杂构造；定向井钻井；钻井提速增效0前言为了节约钻井成本和减少施工占用土地，加快开发速度，国内众多油气田的开发所施工的开发井均为同一个平台施工多口定向井，丛式定向井开发已逐步成为成大趋势，同时也面临施工难度增大、钻井周期延长等严峻问题，这除了与油气藏所在区域地质情况复杂因素密切相关以外，还与定向井工艺的具体应用密切相关。
因此，明确导致定向井钻井时效低的主要因素，并找出恰当合适的应对措施很关键。
1影响定向井钻井速度的因素分析1.1井漏频繁井漏是影响定向井钻井时效的一个主要因素，这与油气藏构造性质密切相关，如具有明显孔隙型储层特征的构造，其油气分布的地层空隙承压能力受限，在发现油气显示后提高钻井液的密度往往会发生井漏。
特别是一些长度段较长的漏失地层，由于地层井漏严重，漏失井段长，对压力极为敏感，地层承压能力不易提高，这给快速钻进带来严重的隐患，滑动钻进中如果发生井漏，一般先采用随钻堵漏剂堵漏，若漏速增大，则需要起钻倒出定向钻具组合再下入光钻杆组合堵漏，因此起下钻次数多，增加了钻井周期。
1.2二次定向部分油气藏构造定向井稳斜段较长，甚至达近千米，并且在集中稳斜段由于地层夹层多，轨迹不易控制，常规钻具组合难以达到稳斜稳方位的目的。
尤其是一些复杂层段，同一井组的不同井之间变化的规律也不一样。
鄂西渝东地区超深井钻井技术难点与对策
鄂西渝东地区超深井钻井技术难点与对策发布时间：2021-05-19T12:11:14.983Z 来源：《科学与技术》2021年第4期作者：彭雄[导读] FY1井是在四川盆地川东高陡褶皱带的一口超深预探井彭雄（中石化江汉油田分公司勘探管理部湖北潜江 433124）摘要：FY1井是在四川盆地川东高陡褶皱带的一口超深预探井，该井对鄂西渝东下组合油气资源的勘探开发具有重要意义,该井钻探过程中面临诸多的复杂地质、工程难题。
本文通过FY1井钻探情况分析四川盆地鄂西渝东超深钻井施工中的技术难点，分析相应对策。
关键词：四川盆地超深井技术难点对策1.FY1井施工概况1.1地质概况FY1是部署在四川盆地川东高陡褶皱带构造中北部的一口超深井，设计井深7680m，井地质分层情况自上而下地层为侏罗系（沙溪庙组、自流井组），三叠系（须家河组、巴东组、嘉陵江组、飞仙关组），二叠系（长兴组、吴家坪组、茅口组、栖霞组、梁山组），志留系（韩家店组、小河坝组、龙马溪组），奥陶系（五峰组、临湘组、宝塔组、庙坡组、大湾组、红花园组、分乡组、南津关组），寒武系（三游洞组、覃家庙组、石龙洞组、天河板组、石牌组、水井沱组），完钻层位是上震旦系灯影组。
1.2井身结构FY1井为直井，设计采用导管+五开的结构，φ914.4mm（36＂）钻头开孔，φ720mm（28-3/8＂）导管50m，建立井口；φ609.6mm（24＂）钻头一开，φ482.6mm（19＂）表层封自流井组；φ444.5mm（17-1/2＂）钻头二开，φ346.1mm（13-5/8＂）＋339.7mm（13-3/8＂）套管封志留系之上地层；φ311.2mm（12-1/4＂）钻头三开，φ282.6mm（11-1/8＂）＋φ273.1mm（10-3/4＂）套管封覃家庙组盐上地层；φ241.3mm（9-1/2＂）钻头四开，φ206.4mm（8-1/8＂）尾管封覃家庙组盐层，之后回接φ206.4mm（8-1/8＂）＋φ193.7mm（7-5/8＂）套管；φ165.1mm（6-1/2＂）钻头五开，φ139.7mm（5-1/2＂）尾管完井。
四川盆地九龙山地区超深井优快钻井配套技术
四川盆地九龙山地区超深井优快钻井配套技术王军1,2 范翔宇11. 西南石油大学石油工程学院2. 中国石油川庆钻探工程有限公司川西钻探公司摘 要 九龙山地区地质条件复杂，陆相地层井段长，研磨性强，可钻性差；而海相地层高压高密度井段长，局部高含硫化氢或高压盐水层，工程地质复杂，导致井漏、井涌、卡钻、深部地层定向托压、安全钻探等问题突出。
针对该区地质和工程难点,提出了安全快速钻井集成化提速方案:①优化井身结构，采用七开钻井满足对井下复杂压力系统的封隔；②采用砾石层专用牙轮钻头＋重型减震器钻进技术和复合钻头＋中低速螺杆钻具复合钻进技术解决陆相高研磨地层提速难的问题；③利用“刚性粒子+高失水”堵漏技术解决了深部海相地层裂缝性漏失问题；④利用配套井控技术解决钻遇裂缝性喷漏同存地层井控困难的问题；⑤利用有机盐强抑制防塌钻井液体系解决井底高温高压、润滑性及抗污染的问题；⑥使用扭摆系统，满足深井、小井眼、高密度条件下定向对降摩减阻，减小托压的要求。
结果表明：自2013年在九龙山地区推广应用该技术方案后，机械钻速逐年提高，钻井周期逐年缩短，事故复杂率逐年下降。
关键词 四川盆地 九龙山地区 超深井 优快钻井 配套技术 集成DOI: 10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2020.01.005Supporting schemes to optimize fast drilling of ultra-deep wells, Jiulongshan area,Sichuan BasinWang Jun1,2 and Fan Xiangyu1(1. Petroleum Engineering School, Southwest Petroleum University, Chengdu, Sichuan 610500, China; 2. Chuanxi Drilling Company, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited,610051)Abstract: In Jiulongshan area, Sichuan Basin, featured by complicated geological conditions, the majority of continental formations are of strong abrasiveness and poor drillability, and their hole section is often long. But, other marine formations are commonly char-acterized by high pressure and density, long hole section, locally rich sulfur content, and high pressure in brine layers, bringing about complexities in engineering and geology, such as lost circulation, well kick, pipe sticking, directional backing pressure in some deeper formations, and serious drilling safety and other problems. So, six schemes to carry on safe and fast drilling and to improve the rate of penetration (ROP) are put forward, including, (1) to optimize wellbore structure and to adopt seven-section drilling to implement sealing of complex downhole pressure system; (2) to apply one technology of cone bit specially used in gravels + heavy-duty buffer and another technology of compound bit + medium-to-low-speed positive displacement drilling to solve some difficulty on ROP im-provement in these continental high-abrasiveness formations; (3) to make use of a plugging technology of "rigid particle + high water loss" to deal with fractured leakage in those deeper marine formations; (4) to adopt some supporting well-control technologies to solve well-control difficulty when drilling into fractured formations with both blowout and leakage; (5) to apply an organic-salt drilling-fluid system with strong suppression and anti-collapse to solve some problems of high temperature and pressure, lubrication, and anti-pol-lution in bottomhole; and (6) to take advantage of a torsional pendulum system to meet the demand of directional operation in terms of friction reduction and backing pressure decrease under the conditions of deeper wells, slim hole, and high density. It's indicated that the ROP has been increasing, a drilling cycle has been getting shorter, and an accident complexity rate has been decreasing year after year since these schemes have been popularized and applied to Jiulongshan area since 2013.Keywords: Sichuan Basin; Jiulongshan area; Ultra-deep well; Optimized fast drilling; Supporting scheme; Integration0 引言九龙山气田位于四川盆地北部的苍溪县、旺苍县境内, 构造面积大、含油气层段多，预测储量上千亿，在其海相三叠统、二叠系的碳酸盐岩中均已发现良好的含油气储层，具有资源丰富、气质优良、立体勘探等优势。
深井钻井提速技术难点分析及对策
2018年08月深井钻井提速技术难点分析及对策崔强（中石化江汉工程公司，湖北潜江433121）摘要:深井钻井由于井深度较高，使得其在钻井提速时存在这样或那样的技术难点，为加强对其的分析和处理，本文从深井钻井提速的技术难点分析入手，就提出了如何破解难点的几点对策。
关键词:深井；钻井提速；技术难点；对策深井钻井提速的实施，对于促进开采效率的提升有着不可或缺的作用，所以必须在钻井提速上加大对其的投入力度。
但是就目前来看，深井钻井提速的技术难点较多，需要我们一一破解，才能适应未来发展的需要。
1深井钻井提速技术难点分析1.1地质环境复杂与井身结构的合理性不足由于深井钻井时的地层深，且在地质结构上十分复杂，地质条件也存在诸多变化，即便是在同一井段中，在深部地层中，钻井时也会遇到压力相差大的多层压力体系与复杂多变的地质条件的影响。
与此同时，由于深井在井身结构上存在一定的不足，合理性较差，加上在套封和割封时忽视，导致深井钻井提速的困难较大，若忽视这些因素而将钻井速度提升，又将面临着发生井喷井漏和卡钻井斜等意外事故的风险。
1.2岩石可钻性与机械钻速较低在深井钻井过程中，随着井深不断的加深，使得深井段内的砂质泥岩和泥页岩的细砂岩覆盖在地层上，使得地层压力也在不断加大，并变得较为致密，岩石孔隙与骨架结构都发生巨变，不管是硬度还是密度也在加大，甚至本来是脆性的岩石变为硬质塑性岩，导致其可钻性较差，而且破碎较为困难，普通的钻头往往无济于事，使得深井钻井提速的困难较大。
一般而言，由于井深不断加大，地层岩石性质发生的变化也在加大，尤其是地层岩石的硬度和抗剪抗压强度与耐磨性均会不断增加，岩石性质变化之后，可钻性也会下降，破碎难度都大，无法有效提升深井钻井速度。
1.3钻头加压难度大在深部地层钻井过程中，由于深度不断增加，使得钻柱经常发生扭曲的情况，进而遇到井斜问题，所以为了加强对其的处理，往往会对钻头进行加压，但是由于钻头加压难度大，导致钻井时的岩石破碎效率与机械钻井速度都会影响，加上有的时候的地层存在较大的倾角，为预防出现井斜的情况，就需要清压吊打，而这就会导致钻速无法提升，同时还要将钻速降低，这主要是因为钻头和钻具的组合不到位所导致。
牙轮钻机破岩作用机理及受力分析
一
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＊ 收 稿 日期 ：０ １０— ２ 修 回 日期 ：０ １ ４１ ２ １－４１ ２ １－ —５ ０
第一作者简介 ： （９ ７） 男（ 戈雄 １８ 一 ， 汉族 ）湖北武汉人 ， ， 武汉理 工大学本科在读 ， 采矿工程专业 。
２１ ０ ２年第 ２期
西部探 矿 工程
７ ３
图 ３ 钻 头 微 元 立 方体 莫 尔应 力 圆分 析 图
牙轮 钻孔方 法从 开 始到 现 在 经过 了较 长 的发 展 过 程， 相继使 用过各 种类 型 的牙 轮钻 头 。 目前在 金属矿 山
中， 广泛使用的是三牙轮钻头。牙轮在孔底运动时是非 常 复杂 的 ， 其运 动学参 数 不 仅 与钻 杆 的运 动参 数 、 压 轴 力、 牙轮 布置 方 式 、 轮 形 状 有 关 ， 且 还 与 孔 底 的环 牙 而
７ ２
西 部探矿 工程
２１ 年第 ２ ０２ 期
牙轮 钻 机 破 岩 作 用机 理及 受 力分 析
戈 雄 ， 学智 ， 邵 沈九州
（ 汉理工 大学 ， 武 湖北 武 汉 ４０ ７） ３０ ０
摘 要： 通过对矿用牙轮钻头牙爪进行瞬态动力学研究， 以新的钻头运动学和动力学模型为基础对矿 用牙轮钻头牙爪进行有限元力学数值模拟， 可为新钻头的设计提供有效的参考依据和理论依据。 关键 词 ： 牙轮 钻机 ； 破岩 机理 ； 限元 ； 有 受力分析 中图分类号： Ｅ 文献标识码 ： 文章编号 ：Ｏ４ ７ ６２１ ）２ ０２ ２ Ｔ２ Ａ １ｏ ～５１ （Ｏ２ Ｏ 一Ｏ７ 一Ｏ
百广 Ｄ 因为： 一 Ｍ．
Ｊ Ｐ
（） ４
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当钻头作用在硬岩上时， 强大的轴压使牙轮上 的合 金 齿嵌 入岩 土表 层 ， 大轴 压 和旋转 产生 挤压 和剪 切交 强 变复合作用力 ， 通过合金齿将岩石破碎 ， 从而达到穿孔 的目的。对钻头进行挤压和剪切复合受力分析， 即建立 钻头的受轴向压缩力和扭矩剪力的双 向应力状态模型 ：
钻井机械钻速影响因素与提速策略
钻井机械钻速影响因素与提速策略目前，国内大尺寸钻头市场需求量小，钻头生产厂家缺少对新产品的研制和开发，导致钻头类型少、结构单一，钻头的选择余地非常小，使钻头与地层总的适应程度非常低。
随着油田深井、超深井钻井数量不断增加，大尺寸井眼钻进深度也在不断加深，为适应这种钻井生产的需要，本文分析了，大尺寸井眼机械钻速低的主要原因，提出提高大尺寸井眼的机械钻速，降低钻井成本等方面采取的相应措施。
标签：钻井；机械钻速；破岩体积；井身结构；大功率泵组；提速策略随着油气田勘探开发的不断深入，深井、超深井钻井数量不断增加，同时，深井、超深井大尺寸井眼的深度也在不断增加。
陆上油田井深5000～6000m 的井，ф311.1mm 井眼一般要钻深4000～5500m，才能满足井身结构的要求。
为了安全钻进，ф444.5mm 和ф311.1mm井段固井设计时一般要求套管尽量下深一些。
随着大尺寸井段的加深，机械钻速慢的问题越来越突出，而且已严重影响到全井的钻井周期和钻井成本，从而影响整个油田勘探开发的速度。
当前，如何提高深井大尺寸井眼的机械钻速已成为必须解决的首要问题。
一、大尺寸井眼机械钻速低的主要原因1.机械破岩能量严重不足大尺寸井眼钻头的破岩体积大，如ф444.5mm 钻头的破岩体积是ф215.9mm 钻头破岩体积的4.24倍，ф311.1mm 钻头的破岩体积是ф215.9mm钻头破岩体积的 2.08倍。
从目前国内钻井实际情况来看，施加在钻头上的钻压比较小，ф444.5mm 与ф311.1mm 钻头上的钻压一般均在200kN 左右，转速一般为60～80r/min。
显然钻头在井底的机械破岩能量（单位面积上的钻压×转速）严重不足。
其钻头齿很难吃入岩石，破岩方式主要以研磨为主，而不是体积破碎，导致钻头破岩效率很低，从而影响了机械钻速的提高。
而国外深井钻井中施加在ф444.5mm钻头上的钻压一般为400～500kN，ф311.1mm 钻头上的钻压一般为250～300kN，同时钻头转速高，一般在250～400r/min。
研究钻井工程中机械钻速的影响因素
研究钻井工程中机械钻速的影响因素针对油气开发中的钻井工程，本文对地层、钻井设备与技术、破岩方式与工具等会对钻井中机械钻速造成影响的因素进行深入分析，并提出消除不利影响的具体方法。
标签：钻井工程；机械钻速；影响因素钻井是油气开发重要基础工程，钻井效率在很大程度上决定了油气开发效益，而钻井效率取决于机械钻速，因此有必要对钻速影响因素进行分析，从而制定可有效保障钻速，提高钻井效率的方案。
1 地层地层是影响钻速的主要因素之一，主要和地层的压实程度有关。
随埋深不断增加，地层岩体的压实程度越来越大，岩性越稳定，钻速因此明显降低。
除埋深外，地层的压实程度还会受到古地质时代影响，比如在部分地区，其古时代地层埋深较大，之后由于地层构造运动，使地层被大幅抬升，加之受到风化和剥蚀等作用的影响，导致地层变浅，此时虽然地层的深度不大，但其压实程度却很高，不具可钻性。
在不同环境中经过沉积形成的地层也有着截然不同的可钻性。
在利用牙轮钻头对砾岩地层实施钻井施工时，因砾石坚硬很难破碎，加之地层具有一定不均質性，所以其钻速要比普通砂泥岩地层慢很多。
除此之外，对牙轮钻头而言，在埋深相同的情况下，其在砂岩地层中的钻速比泥岩地层快[1]。
地层复杂度也会对钻速产生影响：①在浅层油藏中，由于开发年限较长，其储层亏空较为严重，为对剩余储量进行开采，大多采用压裂和高压注水等技术，而在这种条件下难免会出现人工的地层裂隙，部分地区这种地层裂隙已经和其它层位直接连通，致使地层压力产生异常，继而在施工中造成井涌和卡钻等问题，增大了坍塌和掉块的发生几率；②在中深部地层中，由于山前构造分布着十分复杂的地应力，使井眼极易失稳，这一现象主要表现为：煤层垮塌；页岩坍塌；盐膏层蠕变；不同压力系统同时存在，易造成井涌和卡钻；③在油气深埋藏区，因地质构造较为复杂，且走向断层较发育，使得一个井段中可能存在多个不同的压力系统，卡、漏和喷等问题严重。
2 钻井设备与技术采用先进的钻井设备是实现钻速主动提速的重要举措，而且在任何一种地层中都可以使用。
水平井钻井速度影响因素及提速措施分析
水平井钻井速度影响因素及提速措施分析摘要：提高水平井钻井的速度是研究钻井新技术的热点，在分析影响钻井速度因素的基础上，从科学管理、优化井身结构和轨迹控制、优化钻井液和改善钻井设备等方面探讨了提高水平井钻井速度的措施，并介绍了未来在水平井钻井中可能采用的新技术。
标签：水平井;钻井;钻速引言在油气田开发的过程中，钻井工程是一个重要的手段和环节，投入高、风险大、技术密集，投资占勘探开发的50%以上。
钻井速度直接影响油气田开发的效益，但近年来水平井钻井施工中遇到了很多复杂情况，影响了工程进度和钻井效益，为了改善钻井质量、提高钻井效率、防止钻井安全事故和获得更大的经济利益，对水平井的钻井速度提出了更高的要求。
1 钻井速度的影响因素1.1 地质特征地质特征是影响钻井速度的重要因素之一，复杂的地质情况，特别是深井、超深井地质情况不明，地质预告不准等原因会给钻井施工带来一定的困难，导致钻井中遇到喷、漏，塌、卡等复杂情况，影响钻井速度。
地层的稳定性还会影响到增斜降斜的效果，使水平段稳斜困难，增加了轨迹控制的难度。
地层的压实程度不同，对钻速的影响不同，如随着井深的加深会有更大的压实程度，成岩性好而使机械钻速下降[1]。
1.2 钻井工具因素钻井工具的选择作为水平井提速的主动、关键的因素直接影响到各种情况下的钻井速度。
由于水平井有特殊的地质结构和岩性，施工钻头必须有较好的密封性、耐磨性和抗冲击能力，不同厂家生产的钻头适应性不同，品质不同，选型不同，都会影响钻井速度。
三牙轮钻头定向、增斜比较容易，但是牙轮钻头的使用寿命相对短，起下钻次数比较多，延长了工程周期。
PDC钻头复合钻进比较快，但是增斜降斜的效果不好，工具面浮动范围大，受钻压的影响较大，托压现象严重。
螺杆的选择和使用同样会影响钻井速度，水平井从造斜、增斜、稳斜、水平段都要使用螺杆进行复合钻进，不同弯度的螺杆造斜能力不同，良好的造斜能力能减少滑动钻进进尺，螺杆的寿命以及能否正确的使用螺杆都对钻井速度都有影响[2]。
科技提速是钻井工程节能降耗的关键
根据 ２０ ０ ６年 大 港 油 田统 计 ，钻 井 工 程 能 源 消 耗
总量 占油 田存 续 企 业 年 消 耗 总 量 的 １ ３ ％，直 接 消耗 ８． 于钻井施工作业 占 ９ ４％ ，能 耗 成 本 比 重 占 ｌ ％ 左 右 。 ０
械 钻 速 是 牙 轮 钻 头 的 １． ０ ７倍 ，提 速 效 果 十 分 明 显 。
在 同 井 段 使 用 牙 轮 钻 头 ２ ５只 ， 机 械 钻 速 ６． ９ ／ｈ ， ３ ３ｍ
ＰＤＣ钻 头 节 约 时 间 ２ ０８． ３ １天 。井 队 柴 油 消 耗 按 每 天 ３０ ｋ ３ ０ ｇ计 算 ，则 Ｉ ０只 Ｐ ２ ＤＣ钻 头 节 约 柴 油 为 ：２ ８ ０ ．
３ × ３． ＝ ６ ７ ， 按 柴 油 ４ ０１ ／ｔ 算 ， 则 一 年 节 ｌ ３ ８ｔ ５ 元 计
则 节 约 价 值 为 １． ５万 元 。
２ 推广应 用优快钻 井技术 ，钻机 月速连年攀 升
通 过 科 技 提速 ，钻机 月速 逐 年 提 高 。２ ０ ０ ４～２ ０ ０６ 年 的 钻 机 月速 分 别为 ２ ７ １ ／台 月 、２ ８ ｍ ／台 月和 ６ ５７ １ ７ ８
２ ０９ ／ 台 月 ， 提 速 涨 幅 ５． ％ 。 这 里 要 强 调 的 是 ， ８ ｍ ０１
也提 升 了企业 的市 场竞争 能 力。表 现在 能源单 耗指标
呈 逐 年 下 降 趋 势 ， 创 收 能 力 逐 年 增 强 。 如 万 元 增加 值 单耗 由 ２ ０ ０ ４年 的 ２． １ ４吨 标 准 煤 ，降 低 到 ２０ ６年 的 ０
技 术 、 优 选 钻 井 参 数 钻 井 等 综 合 配 套 技 术 ， 机 械 钻 速
探讨影响水平井钻井速度的因素与提速措施
探讨影响水平井钻井速度的因素与提速措施[摘要]水平井是现代提高石油采收率的重要技术之一，但在一些地质条件不同的地区，还是将钻进技术的不足暴露了出来，钻井速度对油气勘探开发速度及效益具有重要影响。
文中重点介绍了影响钻速的几种因素，如地层因素，装备条件及技术水平，破岩方式与破岩工具，循环介质，钻井参数，钻井液体系等。
为了提高钻井速度，我们对原因及对策做了综合分析。
[关键词]水平井；钻井速度；影响因素；对策中图分类号：te243 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）05-0282-01引言钻井工程作为油气勘探开发的主要手段和关键环节之一，具有资金及技术密集、高投资、高风险的特点。
钻井占勘探开发投资的50%以上。
当前随着现代水平井技术的发展，水平井的钻井技术得到了较大的提高，地质勘探、开发部门为了降低投资成本，获得同时获得更大的经济利益，对现代水平井的施工提出了新的技术要求。
钻井速度的快慢对油气勘探开发效益具有十分重要的影响。
本文就各种因素对钻井机械钻速的影响进行分析，并提出了提高钻井速度的措施与对策，为将来的油田开发提供有利支撑。
1.影响钻井速度的因素1.1地层影响地层对钻速的影响主要表现为地层压实程度对钻速的影响。
随着地层埋深的增加，地层岩石受压实程度增加，地层成岩性好，机械钻速则呈急剧降低的变化趋势。
地层压实程度还与地层古地质时代的埋深有关，表现为在某些地区后期由于构造运动，地层抬升，遭受剥蚀，地层变浅，这时虽然深度不大，但地层压实程度高，地层可钻性变差。
不同环境下沉积的地层，其可钻性差异也非常大。
在砾岩地层使用牙轮钻头时，由于地层的不均质性及砾石的难以破碎性，使机械钻速远低于砂泥岩地层。
另外，对于牙轮钻头来说，砂岩地层机械钻速在同样埋深情况下高于泥岩地层，地层的含钙质胶结对地层可钻性也产生不利影响。
1.2钻井装备及技术水平钻井装备是主动提速的关键因素，且对于各种地层条件都适用。
牙轮钻头技术交流
牙轮钻头技术交流内容江钻技术开发部一牙轮钻头工作原理与结构简介二江钻牙轮钻头产品概述三目前最新个性化产品四四川油田钻头选型建议五三牙轮钻头的使用六国外钻头新技术简介一三牙轮钻头工作原理与结构简介在石油钻井中，牙轮钻头使用最多，并能适应各种地层的钻井。
牙轮与牙齿的运动，也决定牙齿对地层岩石的破碎作用。
（一）三牙轮钻头工作原理1、钻头的公转钻头绕自身轴线作顺时针方向旋转的运动叫公转。
钻头的公转速度就是转盘或井下动力钻具的旋转速度。
钻头公转时，牙轮也绕钻头轴线旋转，牙轮上各排牙齿绕钻头轴线旋转的线速度不同，外排齿的线速度最大。
2、钻头的自转钻头旋转时，牙轮绕牙掌轴线作反时针旋转的运动叫自转。
牙轮的自转速度决定于钻头的公转转速，并与牙齿对井底的作用有关，是岩石对牙齿的吃入破碎作用产生阻力作用的结果，在纯滚动条件下，牙轮自转的转速是钻头公转转速的1.5倍。
3、钻头的纵振（轴向振动）冲击压碎作用钻头工作时，牙齿与井底的接触是单齿、双齿交替进行的。
单齿着地时，牙轮的轮心处于最高位置，双齿着地时轮心下降。
轮心位置的变化使钻头沿轴向作上下往复运动，就是钻头的纵向振动，它与牙齿的齿高、齿距等钻头结构参数及岩性有关。
软地层振幅小，硬地层振幅大。
振动频率与齿数和牙轮转速成正比。
4、钻头的滑动剪切破碎作用破碎不同类型的岩石，要求钻头有不同的滑动量，滑动量由钻头结构参数决定。
软地层钻头滑动量大，硬地层应尽量小或不滑动，避免牙齿早期损坏。
但实际钻井中，即使设计的纯滚钻头仍然存在着滑动。
5、钻压对岩石破碎速度的影响岩石的破碎过程分三个区段：Ⅰ表面破碎阶段、Ⅱ疲劳破碎阶段、Ⅲ体积破碎阶段。
如下图左，表面破碎时，钻压远小于岩石硬度；随着钻压增大逐渐接近岩石的硬度，通过牙齿多次对岩石的冲击，使岩石出现微裂纹而产生体积破碎，为疲劳破碎；当钻压达到或超过岩石硬度时，牙齿每次冲击都能使岩石产生体积破碎，为体积破碎。
当产生体积破碎时，机械钻速迅速增加。
深层页岩气开发工程技术分析
71页岩气作为一种埋藏于页岩层中的天然气资源，其在我国的储量非常大，具有非常高的经济开采价值。
相较于常规的天然气而言，页岩气的开采在寿命和生产周期两方面都具有非常明显的优势。
但是随着页岩气埋藏深度的逐渐增加，由于地层的地质力学特性发生了非常大的变化，这就会给开采施工作业造成不小的难度。
为了对深层页岩气资源进行经济有效的开采利用，这就需要结合深层页岩气特殊的地质条件，采取有针对性的开发工程技术，进而为深层页岩气的开采利用提供相应的技术支持。
一、钻完井工具及仪器1.水平井钻井提速工具。
由于深层页岩气的井段非常长，为了提高钻速，这就需要选用超短保径PDC钻头，通过钻头侧向切削力和定向造斜率，进而提高钻速。
相较于常规PDC钻头而言，超短保径PDC钻头进一步缩短了钻头的保径长度，这就有助于提高钻头在钻进过程中的侧向切削力和定向造斜率，其机械钻速能够提升25%左右；牙轮PDC混合钻头，其具有非常优良的耐磨性能和防止托压能力，兼具牙轮钻头和PDC钻头的优势，在实际的应用过程中的机械钻速平均提升20%左右；减震稳扭旋冲钻井提速工具，能够最大限度降低钻头与井底接触时所产生的震动，为平稳高效钻进建立了良好的基础。
2.短弯螺杆钻具。
短弯螺杆是一种新型螺杆，相较于常规螺杆而言，其弯点与转子之间的距离较短。
短弯螺杆钻具在相同弯角的条件下，相较于常规螺杆具有更高的造斜率，从而减少滑动钻进尺寸，增加复合进尺比例，提高钻井速度。
通过实际应用对比分析发现，在造斜率和机械钻速方面均能带来不小的提升，具有十分重要的实际应用价值。
3.近钻头成像伽马测量仪。
由于深层页岩气储层深度的预测难度较大，其标志层并不明显，这就会给其钻进工作带来了不小的难度。
近钻头成像伽马测量仪能够在钻进过程中将钻进情况及时传输至后台的技术人员，进而对钻进进行及时的调整，进而确保钻井质量。
二、钻完井及压裂流体材料1.页岩地层高性能水基钻井液。
由于深层页岩层具有层理裂缝发育和水敏性强的特点，在传统的钻井过程中，为了提高井眼的稳定性，确保井筒安全，所采用的往往是高温高度的油基钻井液体系，但是同时也会造成钻井成本的大大提升。
导向涡轮钻具助力元坝陆相斜井段钻井提速
钻时间２ １ ５ ． ５ ｈ ，平均机械钻速２ ． Ｏ ３ ｍ ／ ｈ ，与相邻井段采用牙轮钻头＋ 螺杆定
工作效率下 降，但仍保持 了１ ． ５ ｍ ／ ｈ
以上 的钻速 。本井是涡轮钻具首次 在密度超过２ ． ３ ｇ ／ ｃ ｍ ３ 的条件下钻进 ， 探索 了涡轮在超高密度条件下的工
技术 ・ 装 备 ＆装 备 空 间
向涡轮 ，下钻至３ ７ ６ ２ ｍ 开泵 ，缓慢下
√
钻头整 体情况 良好 、轻微磨损 、具 备再次入井条件 ，表 明该型号钻头
放 ，大排量循环冲洗井底后恢复钻
、 、
＿ ＿
，
，
～
进 。由于钻井液密度较高 ，将三 台 泥浆泵缸套全部更换为１ ４ ０ ｍ ｍ ，以适 当提高承压能力 ，从而提高排量 。
自流井组 马鞍 山、东岳庙段 ，进尺 １ ９ ４ ． ５ ｍ ，纯钻 时间１ ０ ４ ． ５ ｈ ，平均机械
钻速 １ ． ８ ６ ｍ ／ ｈ 。
钻井液性能：密度 １ ． ６ ５ — ２ ． ３ ６ ｇ ／
涡轮 定 向钻进 ，在保证井 眼轨迹精
确控 制的基础上 ，进尺和钻速 比牙 轮钻头＋ 螺杆均大幅提高，为后续元 坝 陆相 定向井 的施工提供 了成功经
斜达到３ ６ ． ３ 。，平均造斜率ｌ ２ ． ８ 。
／ １ ０ ０ ｍ ，与设计造斜率１ ３ 。／ １ ０ ０ ｍ 相 符 ，基本完成全井造斜任务 。对 比
１ 根＋ １ ５ ８ ． ８ ｍ ｍ 钻铤 Ｘ ９ 根＋ 旁通 阀
阻卡 ，使用震击器解卡。继续滑 动
钻至３ ９ ８ ２ ． ８ ０ ｍ ，托压上提遇卡，多 次活 动钻具 并震击 ，最终解卡 。 由
深井钻井施工难点分析与对策探讨
125我国各大油田深井的钻井规模和数量在逐年增多，积极攻关防斜打快技术、钻具组合优化技术、钻头优选及钻井参数优化技术，以及自动化钻井技术，使我国的深井钻井的平均井深逐年增加，平均机械钻速也在逐年升高，取得了一定的成果，但是与国外先进的钻井技术水平还存在一定的差距，还需要进一步攻关。
1 深井钻井施工的难点分析多年的深井钻井技术攻关和现场实践使我们深刻的认识到，深井钻井与浅层井钻井、中深井钻井存在非常大的差别，随着井深不断地增加，其施工的难点逐渐凸显，深井钻井施工主要存在以下几个方面的难点。
1.1 钻遇压力层系多对于一口7000m的深井来说，会从新地层到老地层逐渐加深钻进，在这一钻进过程中，由于地层形成时期的地层压力不同，会钻遇从压力系数为0.8到2.2的多套压力层系，地层压力层系的增多，会使在同一井身结构下存在喷漏同层，这样就会极大地增加深井钻井施工的难度，甚至会发生井喷的风险。
1.2 地层研磨性强深井钻井不是皮下注射，钻遇的地层会越来越古老，在这些古老的地层中，存在硬性的泥岩地层、研磨性强、石英含量高的火山岩地层和一些花岗岩等基岩地层，这些地层的研磨性非常强，限制了PDC钻头的使用，在遇到这些地层的时候只能使用牙轮钻头进行钻进，行程钻速特别低，严重地影响了施工效率。
1.3 井底温度高随着井深不断增加，井底的温度不断升高，例如松辽盆地的地温梯度为4度/100m，对于该盆地的5000m的深井来说，井底的温度就达到200℃，这么高的井底稳定给钻井液的稳定性提出了非常高的要求，同时高温度也限制了井下仪器和工具的应用，使钻井效率受到限制。
1.4 循环压力高井深不断增加情况，钻井循环系统的施工压力不断增大，使地面循环系统难以承受高泵压的施工，不得已而降低施工排量，这样就会影响水力参数作用的发挥，同时也会使钻井携岩效果变差，为井下安全埋下隐患。
2 提高深井施工效率对策虽然深井钻井施工存在非常多的施工难点，但是通过科研攻关与现场施工实践，还是取得了非常好的施工效果。
牙轮钻头 工作原理
牙轮钻头工作原理
牙轮钻头是一种用于岩土工程和石油钻探等领域的钻具。
它通过牙轮的旋转和钻杆的下压力来实现岩石或地层的钻进。
以下是牙轮钻头的工作原理的简要描述：
1. 结构：牙轮钻头通常由钻头头部、钻杆连接部和牙轮装置组成。
钻头头部有一系列的牙轮，每个牙轮上都装有硬质合金或切削齿。
钻杆连接部连接钻头和钻杆，传递旋转力和下压力。
2. 旋转：钻机通过驱动钻杆的旋转运动，传递旋转力到牙轮钻头。
当钻杆旋转时，牙轮也开始旋转。
3. 下压力：钻机通过钻杆向下施加一定的压力，将牙轮钻头推向地层。
这个下压力帮助牙轮钻头克服岩石或地层的阻力，进而实现钻进。
4. 切削作用：牙轮上的硬质合金或切削齿与地层接触，施加切削力进行钻进。
随着牙轮的旋转，切削齿会破碎、削除地层，并将岩屑或钻屑带到钻孔的底部。
5. 冷却和冲洗：在钻进过程中，牙轮钻头需要冷却和冲洗，以防止过热和清除岩屑。
通常，水或泥浆会通过钻杆流入钻头，冷却切削齿并将岩屑从钻孔中排出。
6. 进给速度和旋转速度：钻机操作人员根据不同的地层条件和钻孔要求，调整钻机的进给速度和旋转速度。
合理的进给速度和旋转速度能够提高钻进效率和钻孔质量。
通过以上工作原理，牙轮钻头能够在各种岩石和地层条件下进行高效的钻进操作，广泛应用于勘探、建筑、挖掘和石油钻探等领域。