钻井新工艺在苏丹水井市场的开发与应用

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

钻井新工艺在苏丹水井市场的开发与应用

贾卫兵 周作明

【内容提要】本文简要概述了国内外各种钻井技术和不同技术的适用范围，介绍了我公司如何充分挖掘现有设备潜能进行技术改造和新技术、新工艺开发应用所采用的主要措施，从而使公司能够有效以绝对优势占领苏丹水井市场，并实现服务领域拓展，也提出了进一步推广应用新技术的方向。

【关键词】 苏丹水井 钻井工艺 空气潜孔锤 反循环 论文发表,理工论文,论文网

一、前言

我公司自2002年进入苏丹水井市场以来，已累计完成水井施工800眼，累计钻孔进尺140000米，年均营业收入和利润分别增长50%、30%。不仅取得了良好的经济效益，而且为干旱缺水的苏丹人民解决了大量的人畜饮水问题，受到当地政府和人民的高度赞扬，被誉为“水神”，因此，也取得了非常好的社会效益。我们所取得的快速发展的成就，在很大程度上得益公司坚持推动技术改造、坚持推广与应用新工艺，不断提高钻进效率、确保施工质量、降低施工成本、攻克复杂地层钻孔难题，实现了公司效益增长和市场竞争力增强的良性互动。

二、钻井技术综述

根据不同的钻进方式，常用的钻井工艺主要包括：（1）钢绳冲击钻井、（2）回转钻进、（3）冲击回转钻进；根据冲洗液介质循环方式的不同，主要的钻井工艺可为正循环钻进和反循环钻进；在钻井实践中常用的冲洗液液介质主要包括：液体、空气以及气液混合体。

将钻进方式、冲洗液循环方式及介质类别所形成的钻井工艺与见表一：

表一：钻井工艺综合分类表

冲洗液 钻进方式（工艺名称）

类型 循环

方式 钢绳冲击 回转 冲击回转

液体 正循环 A:钢绳冲击钻井

工艺 C:常规回转钻井工艺 E:液动冲击回转钻 井工艺

反循环 B:冲击反循环钻 井工艺 D:常规反循环钻井工艺 F:液动冲击反循环钻井工艺

空气 正循环 无 G:空气正循环钻井工艺 I:气动潜孔垂钻井工艺

反循环 无 H:空气反循环钻井工艺 J:气动潜孔垂反循环钻井工艺

气液混合 正循环 无 K:泡沫（或充气泥浆）钻井工艺 M:泡沫冲击回转钻井

反循环 无 L:泡沫（或充气泥浆）反循环钻井工艺 N:泡沫反循环冲击回转钻井

不同钻井工艺应用范围及钻进效率对比见表二

表二、不同钻井工艺应用范围及钻进效率对比表

工艺序号 钻井深度 地层级别 钻进效率

浅 中深 深 软 中 硬 坚硬 复杂 最低 低 中等 高 最高

A ★ × × ★ ★ ☆ × × √

B ★ × × ★ ★ ☆ × × √

C ★ ★ ☆ ★ ★ ★ ☆ × √

D ★ ★ ☆ ★ ★ ★ ☆ × √

E ★ ★ ☉ ★ ★ ★ ★ ☉ √

F ★ ★ ☉ ★ ★ ★ ★ ☉ √

G ★ ★ × ★ ★ ★ ☆ × √

H ★ ★ × ★ ★ ★ ☆ × √

I ★ ★ × ★ ★ ★ ★ × √

J ★ ★ × ★ ★ ★ ★ × √

K ★ ★ ★ ★ ★ ★ ☆ ☉ √

L ★ ★ ★ ★ ★ ★ ☆ × √

M ★ ★ ★ ★ ★ ★ ☆ ☉ √

N ★ ★ ★ ★ ★ ★ ☆ ☉ √

注： ★表示完全适用；☆基本可用；☉不完全可用；×不可用；

浅井<100米；中深井100-300米；深井>300米

复杂地层主要包括：破碎地层、严重漏失地层、流沙层等

纵观当前国内外钻井施工实践来看，仍然以常规回转钻井工艺为主，而且较大口径的浅井仍大量应用着钢绳冲击钻井工艺。

常规的回转钻井工艺在坚硬地层以及大口径钻井时效率极其低下，特别是面对复杂地层束手无策。

三、苏丹基本地质概况

我公司在苏丹的施工区域几乎遍及全国，所遇到地层情况基本包括：

1、表层覆盖的风沙沉积层

苏丹位于沙哈拉大沙漠的东南边缘，其西北部多为沙漠地区，因此苏丹北部地区地表覆盖有风沙沉积层，最大厚度20米以上。该层较为松散，可钻性较好，但孔壁极易坍塌。

2、粘土层及含沙粘土层

除少数山地和沿海地区外，苏丹全国大部分地区或在风沙沉积层以下、或直接出露地表为粘土以及粘土含沙层。该层最大厚度可达上百米，可钻性较好，但自然造浆严重，极易发生糊钻情况，而且随着深度增加，粘土板结强度不断增强，可钻性大大下降。

3、沙砾层

一般情况下，粘土及沙粘层以下为沙砾层，该层存在较大的差异，即使在同一区域内沙砾的含量、松散程度相差也非常大。比如：松散流沙层虽然钻进容易，但护壁困难，极易发生孔壁坍塌与埋钻事故；含有较大砾石层不仅护壁困难，而且由于砾石难以破碎造成钻进相当困难。

4、沉积砂岩

在实际施工过程中，苏丹不少地区需穿过厚度几米或数十米的沉积砂岩才能获得含水层。该层可钻性极差，采用常规的牙轮回转钻进工艺有时甚至每个台班进尺不到1米。

5、复杂构造带

我公司所完工的钻孔中大约有30%遇到了较为复杂的地质构造带，表现为钻进困难、孔壁坍塌、冲洗液漏失严重等。

6、基岩

苏丹部分地区（特别是傍山和沿海地区）需要钻取基岩裂隙水，但多数地区基岩相当坚硬，常规的牙轮回转钻进工艺无法完成施工任务。

四、钻井新工艺应用及成果

针对常规的回转钻井工艺存在的不足，为提高工程效率，解决复杂地层钻进和成孔问题，确保工程质量，扩大市场服务领域，从而增强企业核心竞争能力，更加提高企业经营效益和获得更好的社会效益。我公司不断加大技术改造攻关力度，不断加大推广应用新技术、新工艺强度。

1、空气钻井工艺

所谓空气钻井工艺指的就是利用空气作为循环介质携带孔内岩削和冷却钻头。其最大优势在于：大大节约施工用水；冷却效果好，携带岩粉能力强，从而有利于提高钻进效率；由于孔壁未形成较厚的泥皮，所以便于洗井和提高出水量。

结合苏丹部分地区严重干旱缺水和地层漏失严重情况，我们采用了干空气钻井、泡沫钻井和充气泥浆钻井相结合的综合工艺。实践证明了收到非常良好的效果，与常规的牙轮钻头钻井工艺相比，综合节约施工成本6%左右，提高效率达到20%以上。

但是，空气钻井工艺受到以下制约因素：

 需要较大功率的空压机，一是设备投入大，二是深孔深度受到限制。

 复杂地层容易造成孔壁坍塌。

 钻孔口径不易过大，否则空气流速太低难以有效吹出孔内岩粉，导致钻进效率大大降低。

2、风动潜孔垂钻井工艺

风动潜孔锤钻井就是利用压缩空气驱动孔底冲击器实现冲击破碎岩石，并和钻机回转相结合实现的冲击回转钻井工艺。这一技术在苏丹水井市场的推广应用，彻底改变了苏丹基岩井钻进困难的问题，大大提高了我公司核心竞争能力。目前，我公司可以说几乎包揽了苏丹所有基岩井施工工程。

风动潜孔锤钻井实际上是空气钻井工艺应用的延伸，所以具有空气钻井工艺同样的优势和不足。

3、局部反循环钻井工艺

不言而喻，随着钻孔孔径的增大，相同流量的冲洗液上返速度将大幅度下降，从而冲洗液难以有效携带岩粉导致钻进效率极其低下。局部反循环钻井工艺就是利用流体力学的相关性质，在冲洗液不断正常循环的情况下，孔底局部环状间隙形成高速上返有效携带大颗粒岩粉上升到一定高度时，流速突然下降使大颗粒的岩粉“落入”捞沙斗内。也就是大颗粒岩削不经过破碎直接用捞沙斗提出孔外。

这一工艺的成功开发与应用，使我公司充分利用现有设备，在不增加投资的情况下能够大幅度提高大口径水井的钻进效率，为公司开拓了更大的市场空间。

4、跟管钻井工艺

顾名思义，跟管钻井工艺就是在钻进过程中同时实现套管跟进，以解决严重破碎、漏失地层，以及流沙层等复杂地层的成孔问题。但是，该项技术需要专用设备，且国际上成熟的产品价格及其昂贵。

公司在工程实践中发现，一般情况下，破碎地层中水井出水量都较大，而且所遇到的工程中复杂地层达到30%左右。为提高对客户的服务能力和水平，提升公司竞争知名度。公司对现有设备进行技术改造，开发设计了专用套管同步回转器，并制定了相应的工艺流程和质量控制程序。这一技术的成功开发，我公司不仅进一步有效扩大和占领当地的水井市场，而且实现了市场服务的延伸。公司以绝对的优势获得了苏丹罗斯雷斯大坝加高工程减压井项目。

五、进一步开发与推广新工艺的设想

坚持不断地技术改造和新工艺的开发利用，已经为公司实现可持续发展提供了强有力的保证。为确保公司继续保持持之以恒的竞争优势，创造公司水井市场国际品牌。我公司结合市场需求和公司能力，将在以下几方面新技术的开发与应用加大工作力度。

1、双壁管气举反循环技术

气举反循环技术能够更加有效解决大口径水井的钻井问题，同时大量节约施工用水，有利于钻进过程中准确掌握地层情况并确定含水层位置，而且有利于提高水井出水量。这一技术的应用必将提高公司大口径水井的施工效率和质量。

2、中孔潜孔垂钻井技术

中空潜孔锤钻井技术是气举反循环和风动潜孔垂钻井的完美结合，该项技术在我国具有世界先进水平。因此，他既能进一步提高坚硬地层的钻井效率，而且具有气举反循环技术的全部优越性。

3、全套管钻井技术

全套管钻井技术利用套管代替钻杆实现钻进，必要时可以采用跟管钻进技术。其主要针对复杂地层，如构造破碎带、卵石层、流沙层、严重漏失层等钻进成孔。它的优点在于，一是边钻进边护孔，二是利用套管实现“取芯”式钻进，而且套管与孔壁环状间隙较小，有利于提高冲洗液上返速度，从而能够有效提高钻井效率。三是我公司已经具有了相应的成功经验，能够充分挖掘现有设备潜力，并扩大其工程应用领域。

总而言之，我公司坚持技术创新，充分结合公司现有资源和市场需求，挖掘设备潜能，制定和采取先进的工艺技术流程。确保了公司持续提高核心竞争能力和竞争优势，稳固的以绝对优势占领苏丹水井市场，并充分利用水井钻井技术拓展工程应用与服务领域。而且公司已经明确了目标与方向，将继续加大新工艺、新技术的开发应用力度。

参考文献：

1. 李世忠主编. 钻探工艺学[M. 地质出版社 1989

2. 戎　信,陈惟明编,屠厚泽主编 钻探工程学[M]. 中国地质大学出版社 1987

(作者简介不得删除)

作者简介：贾卫兵：男，1981年生人，2004年毕业于桂林工学院，现担任华勘局水井公司经理。