聚焦深井超深井钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术是油气勘探与开发领域中的关键技术，它们的应用能够有效提高油气资源的开采效率和效益。
本文将从深井钻井技术、超深井钻井技术和复杂结构井钻井技术三个方面进行探究。
深井钻井技术是针对井深较大的油气井而设计的一项钻井技术。
一般而言，当井深超过3000米时，我们称为深井。
而在深井井段的钻进过程中，由于岩石力学性质的改变，钻井速度变慢，井漏、井塌等问题也随之增加。
深井钻井技术需要考虑钻井液体系的设计与优化、钻具与井眼之间的匹配、钻头的选择与设计等问题。
深井井下环境恶劣，对工具设备和井下作业人员有更高的要求，深井钻井技术还需要关注井下作业的安全性。
而复杂结构井钻井技术则是指针对复杂地质条件下的油气井而开发的钻井技术。
复杂地质条件包括但不限于水平井、斜井、S形井、复杂沉积层等。
针对这种类型的井，传统的垂直钻井技术往往难以达到预期的效果。
复杂结构井钻井技术需要解决的问题包括井眼的稳定性、钻进路径的控制、横向钻井技术的应用等。
通过合理的设计和技术手段，可以提高复杂结构井的构建效率和完整程度，从而提高油气资源的开采效益。
深井及超深井固井技术应用简析
改善薄水泥环的力学性能以满足后期施工的要求。
5
有：
双层组合套管、特制套管（如特厚壁套管）。
（2）优选抗盐水泥浆体系。目前国内外在解决盐
结论
（1）在深井及超深井的固井过程中，保证良好的井
（1）防止盐膏层挤毁套管通常采用的套管柱结构
眼质量和掌握地层温度及压力梯度是固井施工的前提
目前该技术不断发展为解决压力敏感地层和窄压力窗
口条件下固井的有效技术手段。
2021 年第 6 期
3
西部探矿工程
盐膏层固井技术应用
在深井及超深井固井施工的过程中，当进入海相
（1）采用新的井身结构或钻井工艺如钻后扩眼、随
钻扩眼等技术，增大环空间隙，改善流体流动通道；
地层以后，由于盐膏层的存在，对固井带来了一系列的
2021 年第 6 期
31
西部探矿工程
深井及超深井固井技术应用简析
唐
炜*，
余
建，
宾国成
（中国石油川庆钻探工程公司井下作业公司，四川 成都 610052）
摘
要：近年来，随着勘探开发力度的加大，深井及超深井的数量日益增多，固井技术措施及水泥浆
体系一直是关注的重点。结合深井固井防气窜、压力敏感及窄安全密度窗口、盐膏层固井、小尺寸井
浆混配而成，不仅能增加孔隙压力，还具有微膨胀的特
同井深处的压力略高于地层压力，具体体现在施工过
性。
程中根据各类型流体在井筒内的位置和动压力的变化
2
压力敏感及窄安全密度窗口地区固井技术
深井及超深井地层条件复杂，在同一开次的井眼
条件下存在相对低压的易漏层，在固井作业注水泥过
不断调整井口压力，最终实现对地层的压稳和防漏。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术【摘要】深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气开采中具有重要意义。
本文从技术概述、特点、介绍、原理和关键技术等方面对这些钻井技术进行了探究。
深井超深井钻井工程具有高温高压、井深大、技术复杂等特点，复杂结构井更是面临地质构造复杂等挑战。
垂直钻井技术在解决这些问题中发挥着重要作用。
未来，技术研究将持续推动深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的发展，并对油气开采产生深远影响。
对这些技术进行深入研究，了解其发展趋势以及对油气产业的影响至关重要。
【关键词】深井超深井、复杂结构井、垂直钻井技术、钻井工程、技术研究、发展趋势、油气开采impact。
1. 引言1.1 深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的重要性深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气勘探开发中具有重要意义。
随着地表资源逐渐枯竭和人们对能源需求的不断增加，对深层油气资源的开发已成为当前的热点。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的运用则是实现这一目标的关键。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术可以有效提高油气采收率。
由于深层油气资源埋藏深度较大，常规钻井技术无法满足长距离的油气开采需求。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在探查前景、确定井位和提高产量方面有着独特的优势，可以有效提高采收率。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术可以减少工程风险。
深井钻井过程中会遇到高温高压、地层变化、井下环境等复杂情况，如果采用传统的钻井技术难以应对这些挑战。
而深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术具有更高的适应性和可靠性，可以有效降低工程风险。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术在油气勘探开发中具有重要意义，对提高采收率、减少工程风险等方面都有着积极的影响。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的研究和应用具有重要意义和广阔发展前景。
1.2 研究背景随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，人们对深层油气资源的开发需求日益增加。
深井、超深井和复杂结构井成为当前油气勘探与开发的重要领域，但其钻井技术的复杂性和困难度也相应增加。
深井超深井钻井技术
应用智能故障诊断与预警技术，对钻井设备和井下复杂情况进行实 时监测和预警，提高故障处理效率和生产安全性。
05 复杂地层条件下的钻井技 术挑战与对策
高温高压地层钻井技术难题及解决方案
难题
高温高压地层导致钻井液性能不稳定， 易出现井壁失稳、井喷等事故。
解决方案
选用耐高温高压的钻井液体系，加强 井壁稳定措施，优化钻井参数以降低 井内压力。
04 钻井工艺优化与提高钻井 效率策略
钻井工艺参数优化方法探讨
1 2
钻压和转速的优化
通过合理调整钻压和转速，可以实现钻井效率的 最大化，同时避免钻具的过度磨损和井下复杂情 况的发生。
钻井液性能优化
针对不同地层特性，优化钻井液的密度、粘度、 失水等性能，以提高携岩能力和井壁稳定性。
3
钻头类型与布齿优化
深井超深井钻井技术
采用先进的钻井设备和工艺，实现超深井段的稳定钻进。
复杂地层处理技术
针对复杂地层情况，采用特殊泥浆体系、井壁加固等技术 手段，确保井眼稳定和钻井安全。
井眼轨迹控制技术
应用先进的井眼轨迹测量和调整技术，实现精确制导和顺 利完钻。
实施效果评价及经验教训总结
实施效果评价
项目成功完成预定目标，实现深层油气资源的有效勘探和开发，提高了油气产量和储量 动用程度。
根据地层岩性和钻进需求，选择合适的钻头类型 和布齿方式，以提高钻头的破岩效率和使用寿命。
提高机械钻速途径分析
01
02
03
高效破岩工具研发
研制具有高破岩效率的新 型钻头、钻具和井下动力 钻具，以提高机械钻速。
钻井方式改进
采用连续油管钻井、欠平 衡钻井等高效钻井方式， 减少起下钻时间和复杂情 况处理时间。
深井超深井钻井技术
深井超深井钻井技术第一节概述 (1)第二节地层孔隙压力评估技术 (2)第三节井身结构及套管柱优化设计 (4)第四节防斜打快理论和技术 (9)第五节地层抗钻特性评价与钻头选型技术 (14)第六节井壁稳定技术 (18)第七节钻井液技术 (23)第八节固井技术 (27)第九节深井测试和录井技术 (31)第一节概述对于油气井而言，深井是指完钻井深为4500～6000米的井；超深井是指完钻井深为6000米以上的井。
深井、超深井钻井技术，是勘探和开发深部油气等资源的必不可少的关键技术。
在我国，深井、超深井比较集中的陆上地区包括塔里木、准噶尔、四川等盆地。
实践证明，由于地质情况复杂（诸如山前构造、高陡构造、难钻地层、多压力系统及不稳定岩层等，有些地层也存在高温高压效应），我国在这些地区（或其它类似地区）的深井、超深井钻井工程遇到许多困难，表现为井下复杂与事故频繁，建井周期长，工程费用高，从而极大地阻碍了勘探开发的步伐，增加了勘探开发的直接成本。
在“八五”末期，虽然我国在3000m以内的油气井钻井方面已接近国际80年代末的技术水平，但当井深超过4000m时，我国的钻井技术与国外先进水平相比仍有较大差距。
美国5000m左右的油气井钻井周期约为90天，5500m左右约为110天，6000m左右约为140天，6500~7000m约为5~7月。
然而，我国深井平均钻井周期约为210天左右，特别是在对付复杂深井超深井工程方面的钻井能力和水平比较低，没有形成一整套与之相适应的深井超深井钻井技术。
为了尽快适应我国西部深层油气资源勘探开发工程的迫切需要，在“八五”初步研究的基础上，中国石油天然气集团公司将“复杂地层条件下深井超深井钻井技术研究”列为“九五”重大科技工程项目之一（项目编号：960024），调动全国的优势科研力量开展大规模攻关研究，试图使塔里木、准葛尔、四川等盆地的深井超深井钻井技术水平有较大提高，基本满足这些地区深部油气资源高效钻探与开采的技术需求。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术深井超深井和复杂结构井是石油勘探开发领域中的难点和重点。
为了提高井深和提高钻井效率，高效、安全、可靠的垂直钻井技术显得尤为重要。
深井超深井钻井技术是指针对超过5000米或更深井深的垂直钻井而言的，在这个范围内，钻井面临的挑战有：高温高压、地层钻进难度大、极易发生事故、井底钻头易受损等。
为了解决这些问题，人们采用了下面的方法：1. 确定合适的钻井液体系结构。
钻井液的质量会对井的钻进效率起到重要的影响，特别是在深井超深井钻井时。
2. 优化钻井工艺，特别针对井口、井筒以及井底的情况进行优化，减少阻力，提高钻进效率。
3. 高效地利用井眼以及钻头的各种功能，例如：钻头可以作为测井工具、地层样品采集工具等。
4. 使用新型的测井技术。
利用高分辨率测井工具，如多频声波测井技术、多角度声波测井技术等。
复杂结构井钻井技术，是指在非垂直井管内钻孔的技术，例如斜井、水平井、方向钻井等。
这种钻井技术常常被应用于开采层状、层状粘土、页岩、煤制气等井型。
为了解决复杂结构井钻井时面临的困难，例如遇到高压、高温、高地层压力、高气水比、钻柱损坏等问题，我们可以采用下面的方法：1. 应用高压钻井液。
因为在水平井、斜井中钻井时，井眼形状复杂，液体能流阻力加大，因此需要使用高压钻井液，以弥补这种能流阻力。
2. 选择合适的防护装置。
为了防止顶部的岩石物质落入井眼，我们需要使用合适的防护装置，如套管、电缆保护管、钢丝绳内钢管等。
3. 选择合适的钻井工具。
钻井工具优化可以提高钻进速度、延长钻头使用寿命、减少钻柱损坏等问题。
4. 积极采用新型的钻井技术。
例如利用地下导向仪、方向钻井技术等。
总之，深井超深井和复杂结构井的钻井技术与传统钻井工艺有很大不同点，需要我们采用先进的钻井技术，才能充分发挥其巨大的生产潜力。
深井超深井钻井技术现状和发展趋势
深井超深井钻井技术现状和发展趋势摘要：石油、天然气是重要的资源，促进了社会的发展，而在油气资源不断地消耗和储量不断减少的背景下，深部油气资源的勘探开采成为一项非常重要的工作，其中会应用深井超深井钻井技术，且技术应用时存在一定的难度。
随着开采技术的发展，相关勘探开采工作和技术不断进步，并朝着更好的方向发展。
基于此，分析和探究了深井超深井技术的现状与发展趋势。
关键词：深井；超深井；钻井技术；现状；发展趋势引言我国钻井技术起步较晚，但发展比较迅速，现阶段，我国的超深井钻井技术步入了世界先进行列。
相较于浅层油气开采工作，深层开采的难度更大，深井与超深井的钻挖所面对的地质环境更复杂，同时钻井提速是困扰其进行的一大问题。
怎样做好深井、超深井钻井技术的应用，提高钻井质量，开采出更丰富的油气资源，是现阶段相关业内人士十分关注的问题。
一、深井超深井钻井技术难点分析深井超深井钻井工程的施工相对比较复杂，工程的进行是基于科学技术理论的，同时应完善相关配套设备与技术，依靠对相关工程进行的实际情况进行分析总结，我们发现不同深井其在钻井时所面临的最为常见的问题有：高温高压所导致的泥浆性能不稳定、井壁稳定性差、地层硬度高影响机械钻速等问题。
当前，随着浅层油气资源开采工作的有序进行，剩余更多的工程项目其开采深度不断提高，难度更大，对于深井超深井技术的应用更为频繁。
钻井过程中，在其钻进至一定深度后，井斜控制难度更大，极易出现井斜角超标等情况，并对下部井段的安全钻进产生较大的不利影响，同最先的设计工作存在一定的差异。
一旦在深井段出现井斜角超标过大的情况，后期纠斜将面临更大的难度，为满足设计要求以及下部安全钻井的需求，还可能出现填井重钻的情况，必然会造成较大的损失，耗时费力[1]。
深井超深井钻井时，必然会面对高温高压的情况，这一环境条件下，会导致泥浆密度、流变性等性能产生变化，并对钻井安全产生较大的不利影响。
所以为保障钻井工作有序进行，还应做好泥浆抗高温高压性能的探究。
第六章 深井、超深井钻井技术
第一节 深井、超深井概述
• 第二阶段从1976年到1985年。1976年4月30日， 我国第一口超深井四川女基井（井深6011m） 完成，标志着我国钻井工作由打深井进一步发 展到打超深井。从1976年开始，我国每年都打 深井（超深井），并且数量逐步增加，由1976 年完成3口上升到1985年完成29口。在这一阶 段中，除完成100多口深井外，还完成了10口 超深井。其中2口井深超过7000m（四川关基井 7125m；新疆固2井7002m），这是我国深井、 超深井钻井的初步发展阶段。
方 案 2
钻头尺寸in （mm） 套管尺寸in （mm） 间隙（mm）
26 (660.4) 20 (508) 76.2
18 ½ (470) 16 (406.6) 31.8
14¾ (374.7) 10¾ (273.1) 50.8
9½ (241.3) 75/8 (193.7) 23.8
6½ (165.1) 5 (127) 19.1
第一节 深井、超深井概述
• 与国际深井钻井水平相比，我国的主要 差距是： • （1）设计水平较差，主要表现是地质依 据不足，针对性差，软件落后等。 • （2）钻井设备相对落后，缺少深井大功 率电动钻机以及配套顶驱、自动仪表等 辅助装备。
第一节 深井、超深井概述
• （3）随钻监测和钻头、参数优选技术跟不上。 • （4）超深井钻井液体系有待进一步提高。 • （5）缺少适用于深井的特殊钻具及防斜、减 震等井下工具。 • （6）超深井的闭环钻井技术欠缺，如防斜打 直的VDC垂直钻井系统，美国贝克休斯公司的 SDD直井钻井装置等。
第六章 深井、超深井钻井技术
第一节 深井、超深井概述
第一节 深井、超深井概述
• 由于在钻井过程中随着井深的增 加地层变化幅度大，地层的压力 随之增大，井底温度提高，导致 了不可见因素增多，因此深井钻 井的设备、工具、材料以及工艺 都有它的特殊性。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术【摘要】深井、超深井和复杂结构井钻井技术是石油工程领域的重要研究课题。
本文旨在探究这些钻井技术的发展现状、工艺特点、设备创新以及工程实践案例。
通过对深井和超深井的钻井技术进行分析，可以了解到其在油气勘探中的重要性和应用价值；而对复杂结构井的垂直钻井技术研究则有助于解决在地质复杂地区开采难题。
结合工程实践案例分析，可以总结出钻井技术的发展趋势和应用前景展望。
通过本文的研究，可以为深井、超深井和复杂结构井钻井技术的进一步发展提供一定的参考和借鉴。
【关键词】深井、超深井、复杂结构井、垂直钻井、技术探究、研究目的、研究意义、钻井工艺、钻井设备、工程实践、案例分析、技术发展趋势、应用前景、总结。
1. 引言1.1 探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术研究目的：深井、超深井和复杂结构井是当今石油工业开发中面临的重要挑战，钻井技术的发展将直接影响到钻井效率和成本控制。
本研究的目的在于探究深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术，提高钻井效率，降低钻井成本，减少钻井事故风险，促进石油工业的可持续发展。
研究意义：1.2 研究目的研究目的是为了深入探究深井、超深井和复杂结构井垂直钻井技术的原理和方法，提高钻井的效率和安全性。
通过对这些技术的研究，可以更好地了解地下岩层情况，准确预测油气资源分布，优化钻井设计方案，降低钻井风险，提高钻井成功率。
通过深入研究钻井工艺和设备创新，可以不断提升钻井技术水平，推动钻井行业的发展。
研究的目的是为了实现钻井领域的技术创新和进步，为油气勘探开发提供更可靠的技术支持和保障。
1.3 研究意义深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的研究意义主要体现在以下几个方面：深井和超深井钻井技术的研究可以帮助我们更好地开发地下资源，满足能源需求。
随着地表资源的逐渐枯竭，地下资源的开采将成为未来发展的重要方向，而深井和超深井钻井技术的提升可以有效增加勘探开发成功率，提高资源利用率。
聚焦油气勘探开发核心需求_加快构建石油工程技术新体系
聚焦油气勘探开发核心需求加快构建石油工程技术新体系新中国成立后，尤其是改革开放以来，我国油气关键技术装备不断发展突破，形成较为完整的研发、制造、销售和服务体系，市场竞争力、国际影响力不断提升，打造了一批大国重器，油气勘探开发自主能力增强，为实现能源保供作出了重要贡献。
当前，在全球新一轮科技革命和产业变革大背景下，要坚持国家战略目标，聚焦提高科技发展质量，面向油气勘探开发主战场，加强关键核心技术攻关，加速科技成果产业化，提高关键环节和重点领域创新能力，重点研发具有先发优势的关键技术和引领未来发展的基础前沿技术，推动油气工程技术装备向高端化、智能化、绿色化发展。
油气工业发展史是一部科技创新史，工程技术进步则是油气行业发展的巨大推动力。
老一辈艰苦奋斗，筑牢我国油气工业发展根基中国近代油气工业发展缓慢，工程技术装备与西方先进水平差距扩大。
新中国成立后，老一代石油人通过艰苦卓绝的奋斗，筑起油气工业发展根基，建立了钻机装备和井下工具制造厂，实现部分工程装备的国产化。
随着大庆、胜利等大油田的发现，油气工程技术装备规模迅速扩大。
改革开放后，通过引进、技术交流、合作研发及系列重大科研项目攻关，中国油气工业不断取得重大工程技术突破，与国外先进水平差距大幅度缩短，满足了国内勘探开发技术需求，实现“走出去”战略目标。
我国陆上深层油气资源量占比34%，是油气增储上产的重要领域。
几十年来，围绕深层超深层油气工程技术持续攻关，关键技术装备取得重大进展，形成全系列钻机装备生产能力，支撑由“钻井大国”迈向“钻井强国”。
1966年钻成第一口深井松基6井，1976曾义金中国石化集团公司首席专家油气工程技术向“更深、更快、更经济、更绿色、更安全、更智能”的方向发展，企业要发挥创新主体作用，担当起国家战略科技力量，强化原创技术策源地、未来产业关键技术装备攻关。
”“年钻成第一口超深井四川女基井，2021年钻成第一口特深井塔深5井。
塔里木、四川盆地特深层油气勘探开发不断取得重大突破，正在探索“万米深地油气资源”新领域。
石油工程技术 超深井钻井技术进展研究
超深井钻井技术进展研究1超深井钻井历史地球深部的岩石组成和结构只能通过地质钻探获得的间接数据来判断，为了更好的了解地球的地质构造情况，地质学家需要通过深井、超深井钻探技术来获取相关数据。
所以，近几十年来，钻井技术越来越多地被用作解决现代地质学问题的一种方法。
近几十年来，为了获得海相沉积的地质资料和油气资源，美国通过海上平台钻探了数百口深井，这些井穿过海底松散的沉积物深入到下面的玄武岩中。
目前，在太平洋以南的哥斯达黎加海岸，海上平台钻探的最深井已经达到海底之下2105m。
在陆上钻井方面，美国在德克萨斯州和俄克拉荷马州钻探了深度6500～7000m的井350多口，深度超过7000m的井50口，深度超过9000m的井4口。
其中1973～1974年勘探的最深井Berta Rogers井的井深达到了9583m，但该井用时仅为502d。
获得如此高的钻井速度一方面是由于美国强大的钻井技术水平，另一方面也是由于该井的钻探是在没有取芯的情况下进行的。
1960～1962年前苏联制定并实施了第一个系统化的大陆超深井钻探计划。
该计划实施的第一口超深井是位于哈萨克斯坦北部的Aralsorskaya井，该井的完钻井深达到5600m。
随后又在阿塞拜疆的Kura-Araks完成了Saatlinskaya 井（8200m），在西西伯利亚完成了乌伦戈斯克井（7800m）。
1970年5月，科拉超深井在摩尔曼斯克地区北部开始钻探，距扎波利亚尔诺耶市10km。
其设计深度为15000m，最终完钻深度为12263m。
在接下来的几年中，前苏联又钻探了十几口深度为4000～9000m的井。
并与1986年成立了一个特殊的国家科学企业“雅罗斯拉夫尔”来执行超深井钻探综合研究计划。
苏联在超深井方面取得的成功刺激了德国、法国、美国等其他欧美发达国家对科学大陆钻井计划的关注。
德国在拜仁（1990～1994年）钻探了超深井KTB-Oberpfalz井，其深度达到了9101m。
深井超深井钻井液及固井技术
深井超深井钻井液及固井技术目录第一节深井超深井钻井液技术 (3)一、我国深井超深井钻井液技术概述 (4)二、国外深井超深井钻井液技术概述 (5)三、油基钻井液在深井超深井中的应用情况 (11)四、水基钻井液在深井超深井中的应用情况 (13)五、新型耐高温水基钻井液 (26)六、抗高温处理剂 (39)第二节国内外深井超深井固井完井技术 (45)一、国内固井基础理论研究 (46)二、国内常规固井技术 (46)三、国内深井固井技术 (47)四、国内深井固井实例 (49)五、国内深井完井技术 (53)六、深井固井完井问题原因探讨 (56)七、深井固井完井技术措施探讨 (57)八、国外深井超深井固井技术 (59)九、国外超深井完井技术 (69)第一节深井超深井钻井液技术由于普通泥浆高温高压下会发生降解而失效,因此,钻深井超深井必须使用专门的泥浆，这种泥浆必须具有：高温稳定性、良好的润滑性和剪切稀释特性，固相含量低、高压失水量低、抗各种可溶性盐类和酸性气体的污染,有利于处理、配置、维护和减轻地层污染。
现已研制出各种适合于钻深井超深井的泥浆，新的泥浆也在不断出现。
深井超深井钻井液技术的特点:①井愈深,井下温度压力愈高，钻井中泥浆在井下停留和循环的时间愈长，使深井超深井泥浆的性能变化和稳定性成为一个突出的问题,而且井愈深,井下温度愈高,问题就愈突出。
②深井钻井裸眼长,地层压力系统复杂，泥浆密度的合理确定和控制则更为困难，且使用重泥浆时，压差大因而经常出现井漏、井喷、井塌、压差卡钻以及由此而带来的井下复杂问题,从而成为深井超深井泥浆工艺技术的难点之一。
③深井钻遇地层多而杂，地层中的油、气、水、盐、粘土等的污染可能性增大,且会因高温作用对泥浆体系的影响而加剧,从而增加了泥浆体系抗污染的技术难度。
④泥浆对深部油层的损害，因高温而加剧, 从而对打开油层钻井完井液的技术要求更加严格。
⑤浅井已取得成效的各种先进钻井工艺技术及先进工具,在深井井段应用受到很大的限制。
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术
探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术引言：随着能源需求的不断增长，石油和天然气资源的开发已经成为国民经济发展的重要基础。
而为了开采地下石油和天然气，垂直钻井技术成为了不可或缺的一环。
在石油和天然气勘探开发中，深井、超深井和复杂结构井的垂直钻井技术成为了研究的热点问题。
本文将探究深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术，并对其发展历程和技术特点进行梳理，为石油和天然气勘探开发提供技术支持。
一、深井、超深井和复杂结构井的定义和特点1. 深井、超深井的定义深井一般指井深大于3000米的油气钻井，而超深井则一般指井深超过6000米的油气钻井。
深井、超深井的特点主要包括井深巨大、井斜大、井径小、地温高、地压大、钻井液性能要求高、工作环境恶劣等。
2. 复杂结构井的定义复杂结构井主要指出现在外部地质力学条件变化、岩石破裂带、砂岩、泥岩层位变化等情况下，井眼扭曲、扭曲、偏差、位移、塌陷等所引发的技术难题。
复杂结构井的特点主要包括井眼不规则、井斜变化大、接近水平、局部陷落、分层不均匀、局部储量高、泥浆循环困难等。
20世纪50年代，随着石油工业的飞速发展，对于大井深、大井斜和大井径的需求不断增加，深井超深井钻井技术开始得到重视和发展。
1980年代以来，国内外在深井、超深井和复杂结构井钻井技术方面都取得了良好的进展。
深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术的发展历程主要经历了以下几个阶段：1. 初级阶段在初级阶段，主要是通过技术改进提高井深，尤其在钻头材料、液相、地层处理、工程设计等方面开始有新的突破。
2. 内世代阶段内世代阶段主要是通过技术先进化、技术系统的整合和科技进步的应用来推动井深不断提高和技术发展。
1. 钻井液的优化深井超深井和复杂结构井垂直钻井所面临的地质条件复杂，工程处理难度大。
而优化钻井液是一个重要手段。
钻井液的优化可以改进井内条件，减小对地层的影响。
优化钻井液，是一种提高深井超深井和复杂结构井垂直钻井技术成功率的重要措施。
油田深井超深井钻井技术研究报告
按一般国际通用概念，井深超过4572m的井为深井，井深超过6000m的井称为超深井，井深超过9000m的称为特深井。
我国把井深超过4500m的井为深井，井深超过6000m的井为超深井。
随着油气勘探开发工作不断向深部地层扩展，深井钻井的规模日益扩大。
在国外目前己完成的深井中，大约有一半是探井。
因此，深探井钻井己成为勘探钻井的重要组成部分。
由于深井要钻穿多套地层压力系统，具有高温、高压、重载等特点，是一项非常复杂的系统工程，在经济和技术工具有很大的风险性，为顺利钻成深井，必须有完善的钻井设计，先进的科学技术上具有很大的风险性。
为顺利钻面深井，必须有完善的钻井设计，先进的科学技术和严谨的管理。
因此，深井超深井钻探，不仅对国民经济有很大的实用价值。
而且在一定程度上代表着一个国家的工业水平和科学技术水平。
第一节国外深井超深井钻井技术发展概况随着油气勘探开发工作的不断发展，深井钻井己成为油气勘探开发的组成部分。
自从1938年美国钻成世界上第一口4573m的深井以来，深井钻井技术己经有了很大的发展。
1949年钻成了世界上第一口62255m的超深井；1959年又钻成了7724m的超深井；1972年钻成了世界上第一口9158m的特深井－－巴登1号井。
目前世界上深探井钻井最深记录是原苏联科拉半岛上的SG-3井，井深为12869m。
人类大约花了半个世纪把井深从4500m提高到12869m[1]。
目前，全世界钻深井的国家和地区有80多个，钻超深井国家和地区有16个。
美国是世界上钻深井超深井历史最长。
工作量最大、投资最多、技术最先进、钻井水平最高的国家。
从1938年-1993年美国累计钻深井超深井16303口，约占西方国家深井总数的90％。
占世界深井钻井工作量的50％以上。
1982年是美国深井钻井的高峰期，深井钻井和完井的年投资达80亿美元，当年钻成深井超深井1250口。
世界上7口超9000m的特深井中美国就占了5口[2]。
深井超深井钻井技术1
一、深井超深井钻井技术发展现状
据统计美国钻一口7000m的超深井仅需 据统计美国钻一口7000m的超深井仅需7～10个月。其中处理井下复杂情 的超深井仅需7 10个月 个月。 况所耗费的时间占完井周期的5％～15％。 况所耗费的时间占完井周期的5％～15％。复杂地质条件下所钻成的深 ％。复杂地质条件下所钻成的深 约7500m的初探井，其完井周期最短的不到1年，最长的不超过2年。 7500m的初探井 其完井周期最短的不到1 的初探井， 最长的不超过2 前苏联拥有适用高纬度地区的先进超深井钻井技术，其中涡轮及电动钻 前苏联拥有适用高纬度地区的先进超深井钻井技术， 具钻深井方面处于世界领先地位，电磁波MWD、井眼轨迹控制及纠斜 具钻深井方面处于世界领先地位，电磁波MWD、 技术先进。 技术先进。 欧洲北海是世界上深井超深井集中地区，平均井深超过5000m，属高温 欧洲北海是世界上深井超深井集中地区，平均井深超过5000m， 高压深井，目前北海地区测量井深8000m左右的大位移井钻井周期一般 高压深井，目前北海地区测量井深8000m左右的大位移井钻井周期一般 只有90d左右 只有90d左右。 左右。 德国1990年完成的 德国1990年完成的KTB大陆科探井井深9101m，在钻井应用了高新技术， 年完成的KTB大陆科探井井深 大陆科探井井深9101m，在钻井应用了高新技术， 包括VDS垂直钻井系统 顶驱、铝合金钻杆、金刚石绳索取心、 包括VDS垂直钻井系统、顶驱、铝合金钻杆、金刚石绳索取心、无固相 垂直钻井系统、 抗高温钻井液、耐高温低转速大扭矩螺杆马达、变速涡轮钻具等。 抗高温钻井液、耐高温低转速大扭矩螺杆马达、变速涡轮钻具等。
9
一、深井超深井钻井技术发展现状
复杂地质条件新区第一口深探井钻井情
地区 井 号 井深（M） 井深（ 设计 库车 坳陷 南喀1 南喀1 东秋5 东秋5 克参1 克参1 柯深1 柯深1 英科1 英科1 6000 6400 6000 6800 6500 实际 5314 5314 6150 6481 6406 1987.9.151987.9.15-1990.2.23 1993.2.41993.2.4-1995.5.4 1993.11.171993.11.17-1996.2.28 1991.12.271991.12.27-1994.9.24 1994.4.11994.4.1-1996.12.25 889 820 961 1002 999 侧钻5 侧钻5次，非生产时效 65% 复杂和事故时效10.78% 复杂和事故时效10.78% 复杂和事故时效8.89% 复杂和事故时效8.89% 复杂和事故时效15.65% 复杂和事故时效15.65% 复杂和事故时效13.61% 复杂和事故时效13.61% 开钻完钻日期 （年、月、日） 完井 周期（ 周期（d） 备 注
第4讲深井超深井..
三、发展深井超深井钻井技术的意义
深井超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源 而发展起来的。从我国的的情况来看，陆上石油资源储量为694 亿吨，目前探明172.8亿吨，探明率为25%；陆上天然气资源量 为30万亿立方米，目前探明1.2万亿立方米，探明率仅为4%。
西部地区（包括塔里木、准葛尔、土哈和柴达木四个盆地） 的石油资源量占全国总资源量的38%，探明率仅为9%，是我国石 油产量的主要接替地区。西部地区的石油资源量的 73%埋藏在深 部地层，所以要靠深井和超深井进行勘探开发。 东部地区是我国石油的主力产区，浅层和中深层的勘探程度 较高，深层较低，如渤海盆地石油资源的探明率为38%，且探明 的主要在浅层和中深层，深部地层尚有53亿吨的石油储量可供勘 探。 中部地区（包括陕甘宁、四川两大盆地）是天然气的集中区， 但探明率极低，有52%的天然气资源量在深部地层，所以中部地 区深井超深井的钻井工作量将大幅度增加。 深井超深井钻井技术在我国有广阔的前景。
第四讲 深井超深井钻井技术 Deep Well Drilling
主要内容
• • • • • • • 深井超深井的基本概念和特点 深井超深井发展概况 发展深井超深井钻井技术的意义 深井超深井钻井设备 提高深井超深井机械钻速的措施 深井超深井钻井液技术 深井超深井钻井设备发展预测
一、深井超深井的基本概念和特点
（二）国内
概况 在我国深井钻井的第一阶段 （1966--1975）是用经改造和加固的 3200米钻机和塔式井架，钻杆是从原苏 联进口的，钻头在上部地层用刮刀，下 部地层用滚动轴承三牙轮钻头。 从1976年开始，我国从罗马尼亚多 次批量进口6000米深井钻机，总数超过 100台，成为陆地钻深井的主力钻机。 从1985年起我国陆续引进了美国的 5000--9000米的电驱动钻机22台。90年 代中期我国自己研制成功了6000米深井 电驱动钻机，且达90年代的国际水平。 （目前我国共有各类钻机1000多台， 其中电驱动钻机近100台，可钻深井的 电驱动钻机24台，国产的仅有一台。）
深井、超深井钻井技术研究
深井、超深井钻井技术研究胜利油田勘探监督中心孙晓东摘要由于在钻井过程中随着井深的增加底层变化幅度大，地层的压力随之增大，井底温度提高，导致了不可见因素增多，因此深井钻井的工艺有它的特殊性。
深井、超深井钻井技术是勘探和开发深部油气等资源必不可少的关键技术，并且已经成为代表钻井工程技术发展水平的标志。
关键词深井超深井钻井技术一、深井、超深井的概念对深井、超深井的界定，在国内外不同教科书上有不同的概念。
在我国一般把井深超过4500-6000m的井定义为深井，井深超过6000m的定义为超深井。
二、国内深井、超深井钻井技术发展状况我国的深井钻井发展较晚，整个发展过程可分为3个阶段。
第一阶段从1966年到1975年。
1966年7月8日我国第一口深井大庆松基6井（井深4719m）完成，标志着我国钻井工作由打浅井和中深井发展到打深井的阶段。
第二阶段从1976年到1985年。
1976年4月30 日，我国第一口超深井四川女基井（井深6011m）完成，标志着我国钻井工作由打深井进一步发展到超深井第三阶段从1986年到现在。
1989年4月，随着塔里木大规模勘探序幕的拉开，塔里木石油勘探开发指挥部的正式成立，塔里木会战从此开始，90年代前期川东气区的勘探开发也进入了高潮，使我国深井、超深井钻井工作进入规模性应用阶段。
三、深井、超深井钻井施工中的几个问题（一）井身结构的设计原则（1）套管层数要满足分隔不同压力系统的地层以及加深要求，以利于安全钻井。
（2）套管与井眼的间隙要有利于套管顺利下入和提高固井质量，有效分隔目的层。
（3）套管和钻头基本符合API标准，并向国内常用产品系列靠拢，以减少改进设备及工具的工作量。
（4）目的层套管尺寸要满足试油、开发及井下作业的要求。
（5）要有利于提高钻井速度，缩短建井周期，降低钻井成本。
（二）提高深井钻速的技术随着我国石油勘探开发不断向新探区和深部发展，为了勘探开发深部油气藏、获取地质资料，钻井深度越来越深，深井钻井的数量也越来越多。
深井超深井钻井技术
在钻进过程中，根据实际情况对钻井方案进行实时优化和调整，以 提高钻进效率和安全性。
井壁稳定技术
地层应力分析
分析地层应力分布和变化 规律，为采取有效的井壁 稳定措施提供依据。
井壁加固技术
采用水泥浆、树脂等材料 对井壁进行加固处理，以 提高其稳定性和防止坍塌。
压力控制技术
通过控制钻压、转速等参 数，控制地层应力释放和 平衡，防止井壁失稳。
钻井液与压力控制技术
03
优化钻井液性能和压力控制技术，有效应对复杂地层和超深地
层带来的挑战。
智能化与自动化
智能化钻机
研发具有自主决策和远程控制功能的智能化钻机，实现钻井作业 的自动化和远程监控。
自动化钻井系统
集成钻井、测井、固井等作业流程，实现各环节的自动化协同作 业。
数据驱动与人工智能
利用大数据和人工智能技术，对钻井数据进行实时分析，优化钻 井参数和提高作业效率。
解决方案
优化钻井设计和施工方案，提高钻井 效率，降低成本；同时加强成本控制 和管理，减少不必要的浪费。
04
深井超深井钻井的未来发展
技术创新与突破
新型钻头与钻具
01
研发更高效、更耐磨的钻头和钻具，提高钻井效率和降低成本。
随钻测量与导向技术
02
利用随钻测量和导向技术，实时监测钻井轨迹，提高钻井精度
和安全性。
深井超深井钻井技术
• 深井超深井钻井技术概述 • 深井超深井钻井的关键技术 • 深井超深井钻井的挑战与解决方案 • 深井超深井钻井的未来发展 • 案例分析：某深井超深井钻井项目实
践
01
深井超深井钻井技术概述
定义与特点
定义
深井超深井钻井技术是指钻探深 度超过3500米的钻井技术。
2.深井超深井钻井技术
塔 西 柯深 1 6800 南 坳 英科 1 6500 陷
1995.5.4 1993.11.17 ～ 961 1996.2.28 1991.12.27 ～ 1002 1994.9.24 1994.4.1 ～ 999 1996.12.25
侧钻 5 次，非 生 产 时 效 65%。 复杂和事故时 效 10.78%。 复杂和事故时 效 8.89%. 复杂和事故时 效 15.65%. 复杂和事故时 效 13.61%.
国外超深井钻机基本技术参数
国 别 美国 钻机型号 2050-E 额定功率（HP） 4000 钻深范围（M） 6100-15250 最高泵压（kg/cm2） 421 最大排量 （L/min） 3459 美国 3000E 3000 5486-9150 351 美国 4000E 4000 15250 351 4447 美国 E3000 3000 9150 352 3126
五、深井超深井钻井设备
先进的钻井设备是钻成深井超深井的关键之一。 （一）国外 1、 概况 国外的深井超深井钻机分为6000米、7000米、8000 米、9000米、10000米和15000米的，钻机装备先进精良。美国是目 前拥有深井钻机最多的国家，估计世界上目前钻9000米以上的钻机 有90多台，而美国就占80多台，且其中钻10668米以上的8台，有1 台可钻深22860米。 2、 国外超深井钻机的特点 * 采用可控硅直流电机驱动，可使钻机在较大范围内调速，省 去了庞大昂贵的变速装置及传动装置，传动控制方便，提高传动总 效率（机械传动效率约为75%，电驱动传动效率为86%）；动力机 组与钻井设备可相互远离，布置安装方便，占地面积小，可避免噪 音。 * 配备大功率的三缸柱塞式泥浆泵，压力高，排量大。 * 配备大通径的转盘，8000米以上的钻机转盘通径为49.5英寸。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
聚焦深井超深井钻井技术
超深井钻探的实施从某种意义上说反映了一个国家最前沿的科技发展水平，也体现了一个国家的综合国力。
由钻井院承担的国家863项目超深井钻井技术经过四年的攻关终于划上了一个圆满的句号,并通过了有关部委的审核。
在石油工程领域,何为深井、超深井？目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？超深井钻井工程的主要工作目标是什么？超深井钻井工程的主要技术难点有哪些……带着这些疑问，近日记者采访了国家863项目超深井钻井技术攻关小组成员之一、钻井院工艺所副所长、高级工程师唐洪林,并请他对这些问题进行了解答。
记者：何为深井、超深井？
唐洪林：按照国际通用概念，井深超过4500米的井称为深井，井深超过6000米的井为超深井，超过9000米的井为特深井。
目前世界上深井钻探工作量最大的是美国，迄今为止累计工作量占全球的85%。
1984年，原苏联在科拉半岛的波罗地盾结晶岩中钻成世界上第一口12260米特深井SG-3井(1991年第二次侧钻至终深12869米)。
专家们在认真考察当今技术水平的基础上，认为利用目前最先进的技术已具备钻达15000米深度的能力，美国已在着手制定这方面的深井钻井计划。
记者：目前国内国际深井、超深井施工的技术现状如何？
唐洪林：在国外，在目前常规的技术条件下，施工一口井深为5000米- 6000米的井钻井技术已经成熟。
有关的统计表明，目前世界上可以施工4500米以上的深井有80多个国家，其中以美国的施工技术最先进，全世界钻成的6口特深井，美国占3口，原苏联2口，德国1口。
从钻井水平和工作量看，美国和前苏联仍居前列，近年来世界上的深井作业量多集中于欧洲的北海。
最近几年，由于高新技术在深井钻井作业中的运用数量越来越多，使得深井钻井工程成为又一个高新技术密集区。
国内自1966年大庆钻成中国第一口深井—松基6井(完钻井深4719米)开始，中国深井钻井已经历了35年的历史，主要深井和全部超深井均分布于四川和新疆。
在1978 -1998年的时间内，中国先后完成3口7000米超深井。
根据有关资料的综合分析，可将1994年作为一个分界点，在此之前，国内钻井技术人员在复杂地质条件下还不能完全掌握或运用深探井科学施工规律，只能用“科学探索”办法解决复杂深探井(特别是新区第一口探井)施工的基本问题，更谈不上用“高新技术”或“先进适用技术”提高钻速、减少钻头用量、缩短周期、降低成本等解决复杂问题。
继“五口科学探索井”在塔里木盆地成功实施以后，该
地区复杂地表地质条件下深井超深井钻井技术有了长足进展，进而也带动了全国深井技术的发展。
中国石化系统2001年在川东北大巴山地区通南巴构造带部署了第一口重点超深探井—河坝1井，这是一口高难度天然气探井，设计井深6100米。
采用配备国际先进水平的交流变频顶部驱动装置的ZJ70D型电驱动钻机施工。
从资料提供的数据看出，国内外深井钻井技术差距主要体现在设备的配置、辅助设施(井控、数据采集分析系统、实时监测系统、固控系统等)的现代化程度、技术与科学管理决策的有机结合等方面。
记者：超深井钻井工程的主要工作目标是什么？
唐洪林：最大限度地揭示6000米以上地壳的构造剖面，得到关于深部岩石的状态、组成以及岩石随深度变化的第一手资料;查明地球物理界面以及异常地质体的形成和性质，获取热动力条件下岩石物理性质的数据，对地壳深部油气资源和金属矿的基本情况作出远景评价，查明含矿物质和能量的非传统来源。
建立在深部地质环境作用下各种金属矿和油气矿的模拟图解基础，为研究深部地壳和深部矿产利用开发全新的施工工艺和技术手段。
记者：超深井钻井工程的主要技术难点有哪些？
唐洪林：随着井深的增加，各种可以预料到的或无法预料的问题会接踵而至。
在客观上，由于地层的不可视性，人对所遇到的现象只能采用间接方式如通过各种数据的分析、各种信息的处理得出结论。
由于人类对客观事物的认识受到自身思维方式的局限，在许多情况下得到的结论可能无法较好地反映真实情况，或者结论完全是错误的，特别对于地下数千米或数十千米处的岩石更是如此。
然而国内外专家没有分歧的一点就是井底高温是限制钻探深度的决定性因素之一，世界各地几乎都存在深度为几百或几千米时地温高达几百摄氏度的高温地带，例如中国著名的羊八井、日本的葛根田地热区、美国在Cinita-dons地区所钻的深度小于4000米的地热井，井下温度均超过了350℃。
大多数专家认为在温度低于250℃的情况下，现有的抗高温处理剂可以直接用于水基钻井液中，对于温度达到300℃的情况，可以使用热稳定性更高的油基钻井液，而当温度高于350℃时，保持钻井液的热稳定性将变得非常困难，采用常规方式已经远远不能满足这种要求了。
记者：井底高温是限制钻探深度的决定性因素之一这已是大家的共识，那么，除温度外，还有哪些因素影响着钻井的深度，或者说影响我们在钻进过程中向深度开掘？
唐洪林：综合分析国内外深井钻井资料，除温度问题外，还有一些问题在某种意义上带有共性。
随着深度的增加，地层压力明显增大，施工时必须使用较高密度的钻井液，这种情况不仅严重影响机械钻速，而且更困难的是高密度体系的维护。
例如中国新疆油田于准噶尔盆地腹部地区和南缘山前构造带上钻至井深5000米时钻井液密度高达2.10g/cm3，南缘山前构造安集海组最高钻井液密度用到2.50g/cm3左右，如安4井钻井液密度曾用到2.53g/cm3，独深1井曾用到2.48g/cm3。
需要套管封隔的井段长。
深井、超深井的裸眼井段都很长，而且深度越大，裸眼段越长，长裸眼段必定会遇到两个或多个地层压力系统，套管层次多、组合复杂，设计时难于确定合理的钻井液密度和套管的合理下深。
深度越大，钻进中遇到井喷、井漏、井壁坍塌、卡钻等复杂事故的机会越多，而且由于大井眼段与小井眼井段有效长度的增加，使常规钻井技术及相关先进工具的应用受到限制。
深部地层岩石压实程度高，可钻性低，由于摩擦路程长，钻压难于有效到达钻头，这给钻头的选型带来困难。
另外，随着深度的增加井斜控制变得困难，常用的井斜控制方法在深井、超深井中的效果明显降低。
原苏联的超深井钻井实践表明，当井筒的弯曲程度超过一定的允许范围时，将极大地降低钻进效率和作业的安全性。
记者：深井、超深井等深部地层的规律和浅部地层是不是一样的，有没有其特殊性？用我们现在对浅层的地质认识规律去套深部地层是否合适？
唐洪林：根据国外已钻成超深井的资料，埋藏很深的岩石存在状态可能不遵循一些自然规律，因此无法以常规的井壁稳定理论指导很深部位发生的井壁“失稳”问题。
例如德国的KTB井在达到井深9101米的预定深度，所得到的一个主要收获就是:在这一深度地层的岩石已经变为脆性——塑性剪切带，起钻后井壁岩石即刻向井筒方向作类似于塑性蠕变的缩径，再下钻不到底。
在超深井的施工中，传统的转盘式钻机不再具有技术优势，由于摩擦路程成倍增长，因摩擦而导致的能量损失和钻具磨损将明显增加，如果在设计中不考虑这种因素，可能发生钻具过度磨损提前疲劳和套管磨穿事故。
尤其是固井设计与施工难度大。
表现在超高密度水泥浆体系的稳定性差，加重材料易沉降，加人大量掺料以后难以保证水泥石的强度，体系流变性差，流动压耗大，性能控制和现场混配困难;在进行大井眼、小井眼以及存在高压流体井的固井作业时，均会造成水泥浆注人与顶替困难，难以保证顶替效率。
温度是井深增加后必然要出现的一个问题，在通常情况下(温度低于300℃)，钢质钻杆的强度受温度的影响不大，然而当温度大于350℃时必须要考虑由于温度的升高而导致的管材强度降低。
如果是使用铝合金管材，则其影响温度更低，报道的轻合金的最高热稳定性达到了220℃。
此外，对于牙轮钻头而言，当环境温度达到170℃时，虽基本不影响其正常使用，然而由于持续的高温作用会使轴承密封系统提前失效，温度越高，失效越快，轴承失效即意味着钻头寿命的终结。
记者：能不能研究一种能够降低钻头温度的钻井液？
唐洪林关于深井钻井液的热稳定性，国内外已有不少技术人员进行了大量艰难的探索工作，根据最新的国内钻井技术资料报道，大庆石油管理局钻井研究所的于兴东等人于最近已研制成功热稳定性达到220℃的O/W型乳化钻井液，根据正常地温梯度推算，这种钻井液能施工7000-7500米的超深井，在这方面，国内技术人员必须密切关注国外同行所进行的相关研究工作。