深井超深井钻井技术1
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二、深井超深井井身结构
上部井眼采用大尺寸套管结构为下部井眼套管及钻头尺寸的选择提供了
较大的空间。
在钻遇复杂情况时，可增加一层或几层套管，或者可按地质加深要求进
一步加深井眼。
采用大尺寸井眼和套管受到地面设备条件、管材及工具的限制,如钻机提
升能力和套管强度限制大尺寸套管的下入深度,钻大尺寸井眼的钻头也不 容易获得等。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
2、国外深井超深井钻井概况
世界上钻深井、超深井的国家有80多个，其中，美国、前苏联、德国的超 深井钻井技术装备和综合技术水平处于国际领先地位。 美国是世界上钻超深井历史最长、工作量最大、技术水平最高的国家，世 界上大多数超深井集中在美国。 世界上第一口超深井、特深井分别于1949年、1972年由美国完成，井深分 别为6254.8m、9159m。 1984年，前苏联钻成世界上第一口深超万米的特深井（12260 m），1991 年该井第二次测钻至井深12869 m，目前仍保持着世界最深钻井记录。
超深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装 备上为快速打好深井提供了物质上的准备。 钻头质量好、品种全、选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井速 度快的好效果。 钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失水 量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。 运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐 全，使得国外超深井钻井速度快、事故少、成本低、效益好。
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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7～10个月。其中处理井下复杂情
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。
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
深井超深井钻井完井技术
林元华 (13908085550 ，yhlin28@163.com ) (13908085550， yhlin28@163.com)
CNPC石油管工程重点实验室
2010年11月
提 纲
一、深井超深井钻井技术发展现状 二、深井超深井井身结构 三、深井超深井提速钻井技术 四、深井超深井井斜控制技术 五、深井超深井压力控制技术 六、深井超深井钻井复杂事故预防技术 七、深井超深井固井技术
俄亥俄州 威斯康辛州 加利福利亚州 路易斯安娜州 堪萨斯州
上表是美国5口深探井的钻井情况。同样是复杂条件的初探井，井深 较我国塔里木深探井增加约1000m，但没有一口井的完井周期超过2年 ，其中有2口井在1年内就完成了
12wenku.baidu.com
二、深井超深井井身结构
用套管封隔复杂地层已是比较普遍的作法。国内深井、超深井钻井普遍 采用 508mm+ 339.7mm+ 244.5mm+ 177.8mm+ 127mm套管程序。 井身结构设计是钻井工程设计的基础，不但涉及钻井速度和钻井成本问 题，甚至涉及到钻井目的能否实现。国内深井、超深井主要存在以下问题： （1）套管层数少且系列单一，不能应付复杂地质条件下深井、超深井钻井 遇到的各种复杂情况，这种5层套管柱的井身结构应变能力差。 难以满足封 隔多套复杂地层的要求。 （2）下部井眼尺寸小（4 ” 、4 5/8 ”），钻具组合单一，没有配套打捞工 具，不利于快速、优质、安全钻井。 （3）小井眼钻进受水力参数限制，在高密度条件下，其钻达的深度是有限 的，满足地质加深的要求难度非常大。
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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） 设计 库车 坳陷 南喀1 东秋5 克参1 柯深1 英科1 6000 6400 6000 6800 6500 实际 5314 5314 6150 6481 6406 1987.9.15-1990.2.23 1993.2.4-1995.5.4 1993.11.17-1996.2.28 1991.12.27-1994.9.24 1994.4.1-1996.12.25 889 820 961 1002 999 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% 开钻完钻日期 （年、月、日） 完井 周期（d） 备 注
美加利福尼亚 934-29R井914.4+660.4+508+406.4+273.1+196.9(尾管)+127(尾管) 美加利福尼亚934-29R井914.4+660.4+508+406.4+273.1+196.9(尾管)+127(尾管) 沙特阿拉伯 Khuff井914.4+762+609.6+473.1+339.7+244.5+177.8(尾管)+114.3(尾管) 沙特阿拉伯Khuff井914.4+762+609.6+473.1+339.7+244.5+177.8(尾管)+114.3(尾管) 美得克萨斯 NPI960-L1井1219.2+914.4+660.4+473.1+355.6+273.1(尾管)+228.6裸眼完钻 美得克萨斯NPI960-L1井1219.2+914.4+660.4+473.1+355.6+273.1(尾管)+228.6裸眼完钻 美怀俄明洲 Bighorn1-5井762+508+406.4+301.6+250.8(尾管)+196.9(尾管)+139.7(尾管) 美怀俄明洲Bighorn1-5井762+508+406.4+301.6+250.8(尾管)+196.9(尾管)+139.7(尾管) 美阿克拉何马州 DanvilleA#1井762+609.6+406.4+301.6(尾管)+244.5(尾管) 美阿克拉何马州DanvilleA#1井762+609.6+406.4+301.6(尾管)+244.5(尾管) 德国 KTB超深井622.3+406.4+339.7+244.5(尾管)+193.7(尾管) 德国KTB超深井622.3+406.4+339.7+244.5(尾管)+193.7(尾管) 拉丁美洲及墨西哥海湾地区 762+609.6+508+406.4+346.1(尾管)+295.3(尾管)+244.5(尾 拉丁美洲及墨西哥海湾地区762+609.6+508+406.4+346.1(尾管)+295.3(尾管)+244.5(尾 管 )+193.7(尾管) 管)+193.7(尾管)
此外,大尺寸井眼钻井速度慢,套管和钻头成本比较高。
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二、深井超深井井身结构
（2）采用小井眼钻井技术 采用小井眼钻井技术，在地面设备条件和原井身结构不变的情况下，根据 井下实际地质条件的需要增加一层套管柱。这对于地质不确定度较大的野 猫井有着重要的意义。 小井眼技术是1986年石油价格暴跌后各大跨国公司着重研究开发的新技术。 小井眼是以最节省费用的方式达到评价或生产目标的最小井眼，并认为可 以接受的最小尾管直径是88.9mm。 美国帕克钻井公司钻高压天然气井通常采用 508mm+ 339.7mm+ 244.5mm+ 196.9mm(无接箍尾管)+ 139.7mm(无接箍套管)+ 88.9mm(尾管)mm的套管程序, 88.9mm尾管下入 104.8mm的井眼并注 水泥封固,用同一尺寸的油管回接到地面。这说明，采用小井眼井身结构是 多下一层套管柱的有效方法之一。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
第二阶段（1976～1985年）： 1976年4月30日，我国第一口超深井女基井（井深6011M）在四川完成，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，并且数量逐步增加，由1976年完成3口 上升到1985年完成29口。 在这个阶段中，除完成170口深井外，还完成了10口超深井，其中包括井深 超过7000M的2口超深井（四川关基井，7175M；新疆固2井，7002M），这 是我国深井超深井钻井的初步发展阶段。 在深井钻井工艺技术方面，发展了优选参数钻井和近平衡钻井技术；钻井液 体系由细分散发展到粗分散，开发了三磺和聚合物等钻井液体系；钻井液化 学处理剂和水泥外加品种增多，逐步形成系列。但是，在处理深井井下复杂 情况和事故方面，特别是井喷着火使我们付出了沉重代价。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
1、深井超深井的概念
按国际通用概念：井深超过4500m或15000ft的井为深井； 井深超过6000m或 20000ft的井为超深井；井深超过9000m或30000ft的井为特深井。 从4500m深井到6000m超深井的钻井实践，人类约经历了11年时间。 从6000m超深井7500m超深井实践，人类约经历了10年时间。 从4500m深井到9000m特深井的钻井实践，人类约经历了34年，其中从6000m 超深井到9000m特深井实践约经历了23年时间，从7500m超深井到9000m特深 井实践约经历了13年。 从4500m深井到12000m特深井的钻井实践，人类约经历了46年时间，其中从 6000m到12000m特深井实践约经历了35年，从9000m特深井到12000m特深井 实践约经历了12年。
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 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
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。
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
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一、深井超深井钻井技术发展现状
世界上完成7口特深井：前苏联SG -3井12869m及SG -1井过9000m、美国瑟 SG-3 SG-1 复兰奇1 -9井9034m、巴登1号井9159m、罗杰斯1号井9583m、Emma Lou2 1-9 井9029 m、德国HTB井9101m，其中美国占4口。 国外超深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等 方面：
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一、深井超深井钻井技术发展现状
第三阶段（1986～现在）： 1986年3月揭开了塔里木大规模勘探的序幕，紧接着在90年代前期川东气 区的勘探开发也进入高潮，使我国深井超深井钻井工作进入规模应用的 阶段。 在这个阶段中，深井超深井数量进一步增加，11年共完成深井超深井678 口，其中超深井33口。 90年代以来陆上深井超深井钻井技术有了明显的进步。但是，复杂地质 条件下的深探井，特别是新区或新层的第一口深探井，钻井工作还存在 许多问题。 下表是塔里木盆地各复杂地质条件新区第一口深探井的钻井情况。
13 （4）完井套管尺寸小，甚至只能是裸眼完井，难以满足采油方面的要求 。
二、深井超深井井身结构
1、增加套管柱层次的途径
（1）增大上部套管和井眼的尺寸 增大上部井眼和套管的尺寸,可增加套管柱层次，如在 508mm套管上面 增 加一层 660.4mm或 762mm的套管来封隔地表疏松地层或用作隔水管。 国外典型复杂深井超深井套管柱程序(直径/mm)：
塔西南坳 陷
表中5口井的情况反映了我国当前复杂地质条件下深探钻井现状，即井下 复杂情况和事故多（时效超过10%），周期长（均超过2年），因此，钻 井费用较高，井身质量和固井质量也还存在诸多问题
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一、深井超深井钻井技术发展现状
美国复杂地质条件初探井钻井情况
地 区 井 号 No.1 Bighornl-5 P34-29R 960-LNo.1 Daville No.1 完井年份 1982 1985 1986 1986 1994 井深（m） 7461 7564 7447 7608 6299 完井周期(d) 320 640 370 318 636
术，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。 7
一、深井超深井钻井技术发展现状
3、国内深井超深井钻井概况
我国超深井钻井主要集中在塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地及柴达木 盆地等地区。超深井钻井技术起步较晚，我国陆上深井超深井钻井大致可 分为三个发展阶段。 第一阶段（1966～1975年）： 1966年7月28日，我国第一口深井大庆松基6井（井深4719 M）完成，标志 4719M 着我国钻井工作由打浅井和中深井发展到打深井的阶段。 在这个阶段中只打了5口深井，这5口深井是在十分艰苦的条件下，依靠我 们自己的力量完成的。继松基6井之后，又分别在大港、胜利和江汉油田打 成了超过5000M的深井，初步积累了钻深井的经验。
二、深井超深井井身结构
上部井眼采用大尺寸套管结构为下部井眼套管及钻头尺寸的选择提供了
较大的空间。
在钻遇复杂情况时，可增加一层或几层套管，或者可按地质加深要求进
一步加深井眼。
采用大尺寸井眼和套管受到地面设备条件、管材及工具的限制,如钻机提
升能力和套管强度限制大尺寸套管的下入深度,钻大尺寸井眼的钻头也不 容易获得等。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
2、国外深井超深井钻井概况
世界上钻深井、超深井的国家有80多个，其中，美国、前苏联、德国的超 深井钻井技术装备和综合技术水平处于国际领先地位。 美国是世界上钻超深井历史最长、工作量最大、技术水平最高的国家，世 界上大多数超深井集中在美国。 世界上第一口超深井、特深井分别于1949年、1972年由美国完成，井深分 别为6254.8m、9159m。 1984年，前苏联钻成世界上第一口深超万米的特深井（12260 m），1991 年该井第二次测钻至井深12869 m，目前仍保持着世界最深钻井记录。
超深井钻机功率大、性能好、自动化程度高、配套设备性能可靠，从而在装 备上为快速打好深井提供了物质上的准备。 钻头质量好、品种全、选型合理，可获得钻头耗用数少、钻井进尺多、钻井速 度快的好效果。 钻井液具有良好的热稳定性、润滑性和剪切稀释特性、固相含量低、高压失水 量低、可抗各种可溶性盐类和酸性气的污染。 运用井下动力钻具提高钻速、井身结构设计灵活、高强度钻杆等工具配套齐 全，使得国外超深井钻井速度快、事故少、成本低、效益好。
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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7～10个月。其中处理井下复杂情
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。
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
深井超深井钻井完井技术
林元华 (13908085550 ，yhlin28@163.com ) (13908085550， yhlin28@163.com)
CNPC石油管工程重点实验室
2010年11月
提 纲
一、深井超深井钻井技术发展现状 二、深井超深井井身结构 三、深井超深井提速钻井技术 四、深井超深井井斜控制技术 五、深井超深井压力控制技术 六、深井超深井钻井复杂事故预防技术 七、深井超深井固井技术
俄亥俄州 威斯康辛州 加利福利亚州 路易斯安娜州 堪萨斯州
上表是美国5口深探井的钻井情况。同样是复杂条件的初探井，井深 较我国塔里木深探井增加约1000m，但没有一口井的完井周期超过2年 ，其中有2口井在1年内就完成了
12wenku.baidu.com
二、深井超深井井身结构
用套管封隔复杂地层已是比较普遍的作法。国内深井、超深井钻井普遍 采用 508mm+ 339.7mm+ 244.5mm+ 177.8mm+ 127mm套管程序。 井身结构设计是钻井工程设计的基础，不但涉及钻井速度和钻井成本问 题，甚至涉及到钻井目的能否实现。国内深井、超深井主要存在以下问题： （1）套管层数少且系列单一，不能应付复杂地质条件下深井、超深井钻井 遇到的各种复杂情况，这种5层套管柱的井身结构应变能力差。 难以满足封 隔多套复杂地层的要求。 （2）下部井眼尺寸小（4 ” 、4 5/8 ”），钻具组合单一，没有配套打捞工 具，不利于快速、优质、安全钻井。 （3）小井眼钻进受水力参数限制，在高密度条件下，其钻达的深度是有限 的，满足地质加深的要求难度非常大。
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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） 设计 库车 坳陷 南喀1 东秋5 克参1 柯深1 英科1 6000 6400 6000 6800 6500 实际 5314 5314 6150 6481 6406 1987.9.15-1990.2.23 1993.2.4-1995.5.4 1993.11.17-1996.2.28 1991.12.27-1994.9.24 1994.4.1-1996.12.25 889 820 961 1002 999 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% 开钻完钻日期 （年、月、日） 完井 周期（d） 备 注
美加利福尼亚 934-29R井914.4+660.4+508+406.4+273.1+196.9(尾管)+127(尾管) 美加利福尼亚934-29R井914.4+660.4+508+406.4+273.1+196.9(尾管)+127(尾管) 沙特阿拉伯 Khuff井914.4+762+609.6+473.1+339.7+244.5+177.8(尾管)+114.3(尾管) 沙特阿拉伯Khuff井914.4+762+609.6+473.1+339.7+244.5+177.8(尾管)+114.3(尾管) 美得克萨斯 NPI960-L1井1219.2+914.4+660.4+473.1+355.6+273.1(尾管)+228.6裸眼完钻 美得克萨斯NPI960-L1井1219.2+914.4+660.4+473.1+355.6+273.1(尾管)+228.6裸眼完钻 美怀俄明洲 Bighorn1-5井762+508+406.4+301.6+250.8(尾管)+196.9(尾管)+139.7(尾管) 美怀俄明洲Bighorn1-5井762+508+406.4+301.6+250.8(尾管)+196.9(尾管)+139.7(尾管) 美阿克拉何马州 DanvilleA#1井762+609.6+406.4+301.6(尾管)+244.5(尾管) 美阿克拉何马州DanvilleA#1井762+609.6+406.4+301.6(尾管)+244.5(尾管) 德国 KTB超深井622.3+406.4+339.7+244.5(尾管)+193.7(尾管) 德国KTB超深井622.3+406.4+339.7+244.5(尾管)+193.7(尾管) 拉丁美洲及墨西哥海湾地区 762+609.6+508+406.4+346.1(尾管)+295.3(尾管)+244.5(尾 拉丁美洲及墨西哥海湾地区762+609.6+508+406.4+346.1(尾管)+295.3(尾管)+244.5(尾 管 )+193.7(尾管) 管)+193.7(尾管)
此外,大尺寸井眼钻井速度慢,套管和钻头成本比较高。
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二、深井超深井井身结构
（2）采用小井眼钻井技术 采用小井眼钻井技术，在地面设备条件和原井身结构不变的情况下，根据 井下实际地质条件的需要增加一层套管柱。这对于地质不确定度较大的野 猫井有着重要的意义。 小井眼技术是1986年石油价格暴跌后各大跨国公司着重研究开发的新技术。 小井眼是以最节省费用的方式达到评价或生产目标的最小井眼，并认为可 以接受的最小尾管直径是88.9mm。 美国帕克钻井公司钻高压天然气井通常采用 508mm+ 339.7mm+ 244.5mm+ 196.9mm(无接箍尾管)+ 139.7mm(无接箍套管)+ 88.9mm(尾管)mm的套管程序, 88.9mm尾管下入 104.8mm的井眼并注 水泥封固,用同一尺寸的油管回接到地面。这说明，采用小井眼井身结构是 多下一层套管柱的有效方法之一。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
第二阶段（1976～1985年）： 1976年4月30日，我国第一口超深井女基井（井深6011M）在四川完成，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，并且数量逐步增加，由1976年完成3口 上升到1985年完成29口。 在这个阶段中，除完成170口深井外，还完成了10口超深井，其中包括井深 超过7000M的2口超深井（四川关基井，7175M；新疆固2井，7002M），这 是我国深井超深井钻井的初步发展阶段。 在深井钻井工艺技术方面，发展了优选参数钻井和近平衡钻井技术；钻井液 体系由细分散发展到粗分散，开发了三磺和聚合物等钻井液体系；钻井液化 学处理剂和水泥外加品种增多，逐步形成系列。但是，在处理深井井下复杂 情况和事故方面，特别是井喷着火使我们付出了沉重代价。
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一、深井超深井钻井技术发展现状
1、深井超深井的概念
按国际通用概念：井深超过4500m或15000ft的井为深井； 井深超过6000m或 20000ft的井为超深井；井深超过9000m或30000ft的井为特深井。 从4500m深井到6000m超深井的钻井实践，人类约经历了11年时间。 从6000m超深井7500m超深井实践，人类约经历了10年时间。 从4500m深井到9000m特深井的钻井实践，人类约经历了34年，其中从6000m 超深井到9000m特深井实践约经历了23年时间，从7500m超深井到9000m特深 井实践约经历了13年。 从4500m深井到12000m特深井的钻井实践，人类约经历了46年时间，其中从 6000m到12000m特深井实践约经历了35年，从9000m特深井到12000m特深井 实践约经历了12年。
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 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
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。
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
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一、深井超深井钻井技术发展现状
世界上完成7口特深井：前苏联SG -3井12869m及SG -1井过9000m、美国瑟 SG-3 SG-1 复兰奇1 -9井9034m、巴登1号井9159m、罗杰斯1号井9583m、Emma Lou2 1-9 井9029 m、德国HTB井9101m，其中美国占4口。 国外超深井钻井技术发展主要集中在钻机、钻头、井下工具、钻井泥浆等 方面：
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一、深井超深井钻井技术发展现状
第三阶段（1986～现在）： 1986年3月揭开了塔里木大规模勘探的序幕，紧接着在90年代前期川东气 区的勘探开发也进入高潮，使我国深井超深井钻井工作进入规模应用的 阶段。 在这个阶段中，深井超深井数量进一步增加，11年共完成深井超深井678 口，其中超深井33口。 90年代以来陆上深井超深井钻井技术有了明显的进步。但是，复杂地质 条件下的深探井，特别是新区或新层的第一口深探井，钻井工作还存在 许多问题。 下表是塔里木盆地各复杂地质条件新区第一口深探井的钻井情况。
13 （4）完井套管尺寸小，甚至只能是裸眼完井，难以满足采油方面的要求 。
二、深井超深井井身结构
1、增加套管柱层次的途径
（1）增大上部套管和井眼的尺寸 增大上部井眼和套管的尺寸,可增加套管柱层次，如在 508mm套管上面 增 加一层 660.4mm或 762mm的套管来封隔地表疏松地层或用作隔水管。 国外典型复杂深井超深井套管柱程序(直径/mm)：
塔西南坳 陷
表中5口井的情况反映了我国当前复杂地质条件下深探钻井现状，即井下 复杂情况和事故多（时效超过10%），周期长（均超过2年），因此，钻 井费用较高，井身质量和固井质量也还存在诸多问题
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一、深井超深井钻井技术发展现状
美国复杂地质条件初探井钻井情况
地 区 井 号 No.1 Bighornl-5 P34-29R 960-LNo.1 Daville No.1 完井年份 1982 1985 1986 1986 1994 井深（m） 7461 7564 7447 7608 6299 完井周期(d) 320 640 370 318 636
术，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。 7
一、深井超深井钻井技术发展现状
3、国内深井超深井钻井概况
我国超深井钻井主要集中在塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地及柴达木 盆地等地区。超深井钻井技术起步较晚，我国陆上深井超深井钻井大致可 分为三个发展阶段。 第一阶段（1966～1975年）： 1966年7月28日，我国第一口深井大庆松基6井（井深4719 M）完成，标志 4719M 着我国钻井工作由打浅井和中深井发展到打深井的阶段。 在这个阶段中只打了5口深井，这5口深井是在十分艰苦的条件下，依靠我 们自己的力量完成的。继松基6井之后，又分别在大港、胜利和江汉油田打 成了超过5000M的深井，初步积累了钻深井的经验。