东海盆地位于中国东部海域，属大陆边缘断陷-坳陷盆地，蕴藏着丰富的油气资源^[1]。随着东海油气资源勘探逐渐向深层发展，探井钻井作业深度不断增加，特别是2012年平均井深达4 850 m。为了安全钻进，444.5 mm和311.15 mm井段一般要求套管尽量下深一些，且东海深井的上部井段1 800 m至2 300 m的井壁易垮塌，针对这些情况，对原井身结构进行了优化，444.5 mm井眼从1 500m加深至2 400 m，相应可增加311.15 mm井眼的钻深，井身结构示意见图 1。444.5 mm井眼的加深，沿用以前牙轮钻头的方式钻进，机械钻速较低，钻井液浸泡时间长，易引起不成岩地层垮塌；另一方面，深井下部地层岩石硬度和强度相应增加，地层可钻性变差，机械钻速明显下降，导致探井钻井周期长，钻井成本高。因此亟需开展东海深井探井钻井提速技术研究。

1 东海地质特点及钻井技术难点 1.1 地质特点

东海钻遇地层自上而下为：第四系东海群，底深500 m左右；新近系上新统三潭组，底深900 m左右；新近系中新统柳浪组，底深1 300 m左右；新近系中新统玉泉组，底深2 100 m左右；新近系中新统龙井组，底深3 000 m左右；古近系渐新统花港组，底深4 500 m左右；古近系始新统平湖组。该地区三潭组、玉泉组均含砂砾岩，龙井组、花港组含大段泥岩；花港组和平湖组为主要储层，花港组岩性主要为细砂岩，其次是粗粉砂岩、中砂岩；平湖组主要为中砂岩，细砂岩、粉细砂岩次之。

1.2 钻井技术难点

（1）目前东海深井使用的井身结构为：914.4 mm×180 m + 444.5 mm×2 400 m + 311.15 mm×3 600 m + 215.9 mm至完钻井深；444.5 mm井眼钻至2 400 m左右，大尺寸井眼加深，沿用原先的牙轮钻头钻进，大尺寸井眼的机械钻速较低。

（2）上部三潭组、玉泉组上部地层均含砂砾岩，易造成钻头切削齿的冲击性破坏，钻穿上部含砾地层后，钻头磨损较严重，进一步钻进时机械钻速慢。

（3）444.5 mm井段常规一般采用海水钻进，采用深井井身结构后，将444.5 mm井段加深至2 400 m左右，全程采用海水钻进的方式，保持井壁稳定的难度大，易出现倒划眼、卡钻等复杂情况，影响钻速。

（4）下部地层岩性不均匀、多含砾、岩石硬度大、强度高，地层可钻性差，造成了机械钻速慢，钻头卡滑严重，不利于随钻测量工具的工作。

2 深井钻井提速配套技术 2.1 上部444.5 mm井段快速钻进技术

（1）钻头优选

优选和应用个性化设计高效PDC钻头是444.5 mm大尺寸井眼钻井提速的关键。通过对东海地层分析，三潭组、玉泉组均含砂砾岩，易造成钻头切削齿的冲击性破坏；龙井组含大段泥岩，对钻头切削齿的锋利程度较敏感；综合考虑钻头的抗冲击性及在泥岩中的钻进，优选了444.5 mm井段6刀翼、19 mm切削齿双排齿PDC钻头，此钻头具有强的抗冲击性和攻击性，代替以往常用的牙轮钻头，确保钻完上部含砾地层后，继续以较快速度钻进下部泥岩地层。

（2）钻井方式优选

东海探井444.5 mm井段常用的钻具组合为：444.5 mm牙轮钻头+浮阀接头+ 241.3 mm钻铤2根+ 444.5 mm扶正器+ 203.2 mm钻铤10根+ 203.2 mm机械震击器+ 139.7 mm加重钻杆14根。采用深井身结构，444.5 mm井眼加深至2 400 m左右。由以上钻头优选可知，此井段使用PDC钻头代替牙轮钻头钻进。PDC钻头是靠切削破碎地层而不是靠压入破碎地层，因此PDC钻头的切削速度与转速成正比，适合于较高转速、低钻压作业^[2]；而顶驱难以充分发挥PDC钻头的作用，因此优选了PDC钻头+螺杆复合钻井的方式。PDC钻头+螺杆钻具能够极大地提高井底钻头转速，有利于PDC钻头的剪切机理得到充分发挥，降低了钻盘负荷和钻具的扭矩，延长了钻具的寿命，可大幅度地提高444.5 mm大尺寸井眼的机械钻速。

（3）钻井液工艺优化

东海444.5 mm井段一般应用海水钻进。对于东海深井井身结构，采用海水钻进的方式，易引起井壁失稳，出现复杂情况，因此444.5 mm井眼钻进需调整钻井液的使用：井段上部采用海水钻进，以节省钻井液费用，根据钻遇层位岩性、水化分散情况，选取合理深度将钻井液转换成海水聚合物体系，一般在1 500 m井深后，避免井壁失稳倒划眼、卡钻等复杂情况影响时效。

2.2 下部井段钻井提速配套技术

针对下部地层岩性不均匀、岩石硬度大、强度高，地层可钻性差等难点，对下部井段钻井提速配套技术进行了研究。扭冲工具在提高机械钻速的同时减少钻头卡滑现象，有利于随钻数据测量的可靠及保护其工具。另一方面，利用智能录井对钻井参数的监控技术，随时调整优化钻井参数，以更好地提高钻进速度。

2.2.1 扭冲工具钻井提速技术

在硬地层钻井过程中，PDC钻头发生着无序的振动，包括横向、纵向和扭转振动。这些有害振动不仅会损害PDC钻头切屑齿，降低钻头寿命，还造成井眼不规则，降低井身质量^[3]。

扭力冲击钻井是一项新的钻井技术，主要依靠扭力冲击器配合PDC钻头来实现。钻井过程中，扭力冲击器连接在钻头上方，该工具可以将钻井液的能量转化为低幅、高频脉冲扭矩，该扭矩与顶驱系统产生的稳态扭矩同时传递给钻头。二者共同作用，不仅可以显著提高钻井速度，而且可以有效减少或消除硬地层钻井过程中钻头的有害振动，降低PDC钻头卡滑造成的危害，保护钻头，改善随钻测量工具的工况。扭力冲击钻井改变了PDC钻头传统的破岩方式，使PDC钻头不再单纯依靠剪切破岩，而是以冲击和剪切共同作用破碎岩石，从而有效提高机械钻速^[4]。

扭冲工具的主要特点有：

（1）几何尺寸小，可与井下动力钻具、旋转导向系统、垂直钻井系统等配合使用，应用广泛；

（2）工具部件少，结构简单，即使工具失效也不影响继续钻进作业；

（3）工作频率、扭转能量随着钻井液排量的增大而提高；

（4）平衡扭矩震荡，减少PDC钻头卡滑和能量损失，延长钻头、钻具寿命；

（5）配合PDC钻头使用，减少切削地层时的有害振动，提高切削效率；

（6）钻具振动小，不影响测井、录井作业，为随钻工具提供了稳定的工作环境。

2.2.2 智能录井钻井参数监控优化提速技术

geoNEXT录井仪是新一代智能化综合录井系统，智能录井钻井参数监控技术通过对现场采集的实时数据，利用智能软件进行分析，优化调整钻进参数，有助于更高效更安全地完成钻井作业。

（1）钻井效率监测。软件中引入了机械比能（MSE）参数来监测钻头功效，提高钻井效率。机械比能值在正常范围内，说明钻头机械能量消耗较少，目前的钻井参数能够发挥钻头的功效；机械比能值太大时，钻井参数需要改变才能更好地发挥钻头机械效率^[5]。在钻井过程中MSE可以被实时显示出来，通过调整钻井参数（主要为钻压和转速），使MSE处于最佳范围，以达到保持高钻速的目的。

（2）钻具振动监测。钻压和转速不合适，钻具会产生纵向和横向的异常振动。软件以傅里叶分析为基础，把一段稳定岩性段钻进时的正常扭矩变化幅度作为基值，设定异常扭矩幅度变化值的上下限，在实时钻进过程中，如出现超出上下限的异常振动，系统会发出警报^[5]。这时，就需要及时优化调整钻井参数，以免井下工具振坏，以及避免钻头磨损严重而影响正常钻进。

3 提速应用效果分析 3.1 上部444.5 mm井段快速钻进技术应用效果及分析

上部444.5 mm井段快速钻进技术在东海深井中进行了应用。MA4-6-1井444.5 mm作业井段为600~2 298 m，钻遇三潭组、柳浪组和玉泉组。三潭组上部砂泥岩互层，下部砂砾岩，粗砂岩，砂泥岩互层；柳浪组砂泥岩互层，间夹砂砾岩；玉泉组砂泥岩互层，间夹煤层。

MA4-6-1井444.5 mm井段使用了优选的PDC钻头STS936M，并采用了PDC钻头+螺杆复合钻进方式。钻具组合为：444.5 mmPDC钻头+ 244.48 mm马达+ 203.2 mm钻铤+ 444.5 mm扶正器+ 203.2 mm钻铤+ 203.2 mm（挠性接头+震击器）+ 139.7 mm加重钻杆。海水钻至1 590 m后，转换为海水聚合物钻井液体系继续钻进。

通过与使用牙轮钻头的邻井MA4-3-1井和MA4-2-1井进行同地层、同井段对比分析，结果如表 1所示。

由表 1可知MA4-6-1井在444.5 mm井段，井深且钻头进尺高的情况下，仍保持近80 m/h的机械钻速，提高平均机械钻速将近1倍，远远超过了邻井444.5 mm井段的钻进速度，提速效果明显。

3.2 下部井段钻井提速配套技术现场应用 3.2.1 扭冲工具在东海深井中的应用

MA2-1-1井215.9 mm井段应用扭冲工具提速，与邻井MA4-2-1井相似井段进行对比分析，如表 2所示。

MA2-1-1井使用扭冲钻具效果明显，相对邻井MA4-2-1井机械钻速提高20.6%。

3.2.2 智能录井钻井参数监控技术在现场的应用

智能录井钻井参数监控技术在SS2-1井中进行了应用，通过监控、调整钻井参数，有利于钻井提速。

（1）钻井效率监测

SS2-1井311.15 mm井段钻进自2 050 m至2 367 m井段，MSE（机械比能）值基本稳定。在2 060~2 300 m附近MSE值变大（图 2），说明该段钻进时的钻井参数选择并不能达到最佳钻井效率，后增大钻压后MSE值降低，机械钻速（ROP）加快，提高了钻井效率。

（2）钻具振动监测

SS2-1井钻进至3 500~3 560 m井段时，地层岩性以泥岩为主，监测到异常钻具振动（图 3），现场调整顶驱转速由100 r/min降至80 r/min后振动减小，恢复正常，改善了井下工具的工作环境，有利于PDC钻头的钻进。

4 结论及建议

（1）通过钻头优选、钻井方式优选和下部井段钻井提速配套技术的研究和实践，初步形成了一套适合东海深井钻井提速配套技术，为加快该区块的勘探开发提供了技术指导和保障。

（2）东海上部444.5 mm大尺寸井眼首次采用优选设计的PDC钻头代替牙轮钻头，并采用PDC+螺杆复合钻进方式，大幅度地提高444.5 mm大尺寸井眼的机械钻速，平均机械钻速提高将近1倍，提速效果明显。

（3）扭力冲击器在东海MA2-2-1井成功应用，取得良好的应用效果。与邻井相同井段相比，机械钻速提高20%以上，很好地解决了下部地层机械钻速慢的问题；同时减少或消除了钻头的有害振动，降低了PDC钻头卡滑，保护了井下工具。

（4）智能录井钻井参数监控技术在SS2-1井中进行了成功应用，通过钻井效率监测和钻具振动监测，及时优化调整了钻井参数，改善了井下工具的工作环境，提高了钻井效率。

（5）建议进一步探讨试验多种提速配套工具，更好地提高深井钻井速度，实现降本增效。