2. 中国石油长庆油田分公司第七采油厂;
3. 中国石油长庆油田分公司第三采油厂;
4. 中国石油长庆油田分公司第一采油厂
2. No.7 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company;
3. No.3 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company;
4. No.1 Oil Production Plant of PetroChina Changqing Oilfield Company
0 引言
增强型地热系统是采用人工建立储层，从低渗透性岩体中经济地采出相当数量深层热能的人工地热系统。这种地热系统通过注入井将冷水注入人工建造的、张开的连通裂缝带，在地下实现循环，冷水被高温岩体加热，通过生产井返回至地面，形成闭合回路，采出的热能通过地面发电装置转变为电能。增强型地热系统地热井通常埋藏较深，位于坚硬的结晶岩石中[1-3]。
增强型地热系统地热井的钻进需要精确布置注入井和生产井。如果从注入井到生产井的水道中存在直接通路，那么热交换会明显不足。另一方面，如果热交换阻抗太高，流动会不顺畅，热交换仍将不足。其他问题包括注入压力和储藏中岩石的冷却速率等。精确布井有助于实现最高的热交换效率，提高增强型地热系统经济性。研究结果表明，在地热资源开发中，由于裂缝方向的影响，与直井和斜井相比，水平井更能减少不确定性。因此，开发增强型地热系统需要在坚硬结晶岩石深度进行定向钻进。虽然定向井和水平井钻井在常规和非常规钻井作业中极为常见[4]，但是油田常规定向钻井系统不能承受地热井中遇到的300 ℃高温，其最高工作温度为175 ℃，高温系统最高作业温度约为225 ℃。
300 ℃高温定向钻井系统主要为地热井研发，可在300 ℃高温下工作至少50 h，作业深度可以达到10 000 m，美国能源部地热技术项目对该系统的研发提供了部分资金。300 ℃高温定向钻井系统由钻头、钻井液马达、钻井液及MWD仪器组成，适合ø215.9 mm井眼钻进。为了推动我国增强型地热系统的开发，笔者对最高工作温度为300 ℃的钻头、钻井液马达及钻井液的研发、实验室与试验钻机测试和现场应用情况，以及最高工作温度为300 ℃的MWD仪器的研发和实验室测试进行了介绍，以期为国内相关钻井工程技术人员提供参考。
1 金属-金属马达深井钻井作业广泛使用容积式马达作为井下驱动器。典型的容积式马达主要由驱动接头、可调弯接头和动力部分组成[5]。在动力部分中，转子和定子形成一系列的密封腔，流体流经密封腔驱动转子相对于定子做偏心、旋转运动，传递扭矩至驱动机构和钻头。定子有2种类型，在弹性体内衬的设计上有所区别。常规定子完全由弹性材料形成内定子轮廓，而预轮廓定子包含等间距的橡胶层(见图 1)[5]。预轮廓定子有诸多优势，如更高的最大输出扭矩和功率、更高的综合效率、更耐温(高达190 ℃)。然而，在流体温度可能超过250 ℃甚至300 ℃的地热井中，预轮廓定子并不适用，这是因为弹性密封材料不能承受250 ℃甚至300 ℃的高温、高动力载荷以及化学侵蚀。
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| 图 1 常规定子(左上)和预轮廓定子 Fig.1 Conventional stator (top left) and pre-contoured stator |
1.1 研发
金属-金属马达的基础是设计有钻井液润滑轴承总成和钛传输的标准钻井液马达。研发承受300 ℃高温的轴承总成极为简单，300 ℃的高温不影响大多数钢合金组件。
金属-金属动力部分的研发极具挑战性。金属-金属动力部分与常规动力部分的主要差别在于：由于无弹性材料的回弹性，在定子和转子之间不存在过盈配合。常规动力部分有轻度过盈配合，定子和转子之间的液体渗漏达到最小化。金属-金属动力部分则会发生液体渗漏，面临的挑战是最小化定子和转子之间的液体渗漏量。
从理论上讲，以完全密封的腔室方式设计定子和转子剖面，实现无液体泄漏是可能的。事实上，制造公差总是存在，形成完全密封的系统极为困难。定子和转子总成加工过程中较高的几何精度有助于动力部分效率的提高。
为确保沿转子长度剖面的精度，对铣床进行了改进，以加工金属-金属转子。加工过程中需要严格控制直线度和俯仰度，铣刀的移动、铣刀相对于管件的可控位置和改进的铣刀技术对于实现定子的高精度极为关键。图 2对比了加工工艺改进前、后的定子轮廓。与改进前加工的定子相比，改进后加工的定子精度提高了2~3倍[6]。
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| 图 2 改进前、后加工的定子轮廓对比 Fig.2 Comparison of stator profile before and after optimization |
1.2 测试
在一个测功器上，用水对带有5/6叶结构的较短的2级ø120.65 mm动力部分进行了测试，结果见图 3。当承受一定的载荷等级时，由于橡胶变形，胶衬里动力部分往往会损失体积效率，相比之下，通过定子和转子之间的固定间隙，金属-金属动力部分总是发生液体泄漏。
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| 图 3 首个ø120.65 mm金属-金属马达性能 Fig.3 The first ø120.65 mm metal-metal motor performance |
很明显，动力部分综合效率较低，这是因为该马达样机没有使用最新改进的加工工艺，且定子和转子都没有防磨保护涂层，导致相对较大的间隙。随后的磨损测量证实转子上的磨损很明显(见图 4)，而定子磨损未显示，这进一步增大了间隙。
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| 图 4 试验仅1 h后的转子磨损状况 Fig.4 Rotor wear after 1 hour test |
在吸取初步试验经验的基础上设计了ø171.45 mm动力部分，定子和转子上都有防磨保护涂层。对于转子，采用了多种方法和材料，而金属-金属接触几乎没有涂层，影响了转子剖面精度。对于定子，长管形零件内部涂层工艺的缺乏限制了涂层的选择。性能测试结果见图 5。由图可以看出，与ø120.65 mm动力部分相比，ø171.45 mm动力部分的性能得到极大改善。
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| 图 5 ø171.45 mm动力部分性能测试结果 Fig.5 The performance test results of the ø171.45 mm power section |
初步测功器试验之后，在流量为150 m3/h和恒定压差下进行50 h耐久试验，结果见图 6。虽然马达转速从80 r/min降至50 r/min，但耐久试验极为成功。
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| 图 6 ø171.45 mm动力部分耐久试验结果 Fig.6 The endurance test results of the ø171.45 mm power section |
试验过程中，扭矩输出较高，毫无疑问，马达可在钻井作业中使用。钻井作业过程中，虽然金属-金属动力部分上的磨损会减少功率输出，但可预测并可控。相比之下，弹性定子在高温下如果短时间内过载，或钻井液添加剂侵蚀弹性体，那么可能会严重失效。
ø171.45 mm金属-金属样机在试验钻机上成功进行了试验，显示了金属-金属马达的潜力。在250 ℃以上的高温下，弹性体内衬动力部分通常限于较短的使用时间，因此大于50 h的预测寿命将是一大优势。但也有需要改动的地方，比如转子涂层，虽然没有磨损，但试验显示有剥落的迹象。通过采取研发期间确定的改进措施，能够大幅提高动力部分使用性能，同时延长其寿命[6]。
2 300 ℃牙轮钻头为了提高牙轮钻头在高达300 ℃循环温度下的耐用性，需要解决潜在的失效问题，比如在高温下弹性体和润滑脂的降解问题。在解决一系列技术问题后，成功研发了300 ℃牙轮钻头并进行了试验。关键技术包括全金属锥形密封、润滑脂压力补偿器全金属波纹管以及在高温下保持润滑性的新型润滑脂。
2.1 全金属锥形密封全金属锥形密封是一种全金属雕刻自激励密封(见图 7)，没有使用弹性体激励金属旋转密封件，具有以下关键特征：①材料耐温300 ℃；②一端为静态密封，另一端为动态密封；③低压差下能够激励动态密封面实现密封。
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| 图 7 全金属雕刻自激励密封 Fig.7 Full metal engraving self-excitation seal |
2.2 润滑脂压力补偿器全金属波纹管
压力补偿系统可以平衡从润滑油储油槽至井下环境的压差。当井下压力升高或降低时，允许隔膜暴露于相同的压力下，减小了旋转密封上的压差。隔膜通常由弹性材料制成，不能承受300 ℃高温。为此，研发了带有焊接翼缘的全金属波纹管(见图 8)。该波纹管使用的铬镍铁合金材料耐温300 ℃，能够焊接至钻头体，疲劳强度高。波纹管外部朝向润滑油储油槽，内部通过焊接翼缘中的孔暴露于井下环境之中。
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| 图 8 全金属波纹管 Fig.8 Full metal bellow pipe |
2.3 新型润滑脂
在高温下，钻头中使用的标准润滑脂不能保持润滑性能。随着温度的升高，增稠剂降解，超过某一温度，摩擦因数快速增大。为此，研发了新型润滑脂。对比试验中，新型润滑脂的摩擦因数比标准润滑脂的摩擦因数小很多，因此新型润滑脂能够保持良好的润滑性能。
暴露于300 ℃高温环境50 h后的标准润滑脂和高温润滑脂见图 9。
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| 图 9 暴露于300 ℃高温环境50 h后的标准润滑脂和高温润滑脂对比 Fig.9 Comparison of standard grease and high temperature grease after exposure to 300 ℃ environment for 50 hours |
在41.37 MPa的围压下进行了井下模拟试验，岩石为花岗岩，钻压44.45~133.36 kN、转速90~180 r/min。试验采用了4种钻井液，包括含高温润滑油的300 ℃水基钻井液。试验过程中无润滑脂泄漏现象，补偿器波纹管仍然完好无损。
随后在试验钻机上用该钻头进行了16 h的钻进试验，试验使用了金属-金属马达和300 ℃钻井液。切削结构显示，金刚石外压块失效，外包钢发生磨损。内排齿显示了平顶磨损的最初迹象，这是坚硬岩石钻进的典型特征。碳化合金外压块磨损轻微，因此后来的现场试验钻头使用了碳化合金外压块。润滑脂压力补偿器仍然完好无损，测量显示，波纹管平均伸长量仅为21.082 mm，可接受。波纹管翅片和止回阀保持完整，无损伤或失效。密封件很有效，只是其中的一个在通过薄激励部位显示了屈服迹象(见图 10)，这是外排压块的损失造成牙轮和巴掌之间过大的角位移引起的[6]。
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| 图 10 试验用钻头密封件/轴承照片 Fig.10 The drill bit seal / bearing in test |
3 MWD及钻井液
目前尚无满足300 ℃高温超深井和地热井作业要求的MWD/LWD仪器。高温电子元件的研发过程漫长，研发冷却现有传感器和电子元件的冷却系统更为实际。因此，高温井下冷却系统得到了研发和验证，它由水分蒸发冷却系统组成，能够在300 ℃的高温下作业，保持电子元件和传感器温度低于175 ℃[6]。
3.1 冷却系统冷却系统的基础是液态水的蒸发，隔热元件(杜瓦瓶)能够限制热量进入电子元件区域。水分蒸发阀通过蒸发适量的水控制冷却过程，保持电子元件最高温度为175 ℃。水分蒸发阀是受电子元件区域内的电子式温控器控制的电磁阀。蒸发的水分预冷却来自热水层的水，然后被捕获在吸附床中。吸附床位于压力容器内，是一种特殊的沸石，在高温下吸附能力极强。
隔热元件将MWD仪器的电子元件和传感器与井下高温隔离开来，使对流、传导和辐射达到最低。隔热元件包括耐压壳与内管之间的环形真空间隙和特殊的抗钻井冲击与振动的支撑结构。为保持水层中的水为液相，通过气垫增大了水层内的压力。吸附式冷却系统的优势是在暴露于极端高温下后可再次使用，现场作业后能够再装满水并烘干吸附床以再生沸石。图 11为冷却系统的工作原理图。由图可见，水和沸石处于高达300 ℃的环境中，而电子元件和定向传感器则被冷却至175 ℃[6]。
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| 图 11 冷却系统工作原理 Fig.11 The cooling system working principle |
3.2 MWD仪器
MWD仪器包含标准MWD传感器和电子元件，测量井斜精度为±0.1°，方位精度为±1°。其设计要点之一是避免磁干扰，所有磁力计附近的组件由无磁材料制成。探管系统位于10 m长的钻铤内，非弹性悬挂(见图 12)。
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| 图 12 完整的MWD仪器 Fig.12 The MWD instrument |
MWD重要的组成部分是数据传输。300 ℃ MWD仪器包含钻井液脉冲数据传输系统，脉冲发生器由主阀和控制阀组成，主阀与标准温度MWD探管系统所用的主阀相似，控制阀适合在300 ℃温度下作业。与可存放在隔热区域中的电子元件不同，脉冲发生器和交流发电机必须在环境温度下工作，这需要特殊设计和加工，所有组件都进行了全面测试。图 13为经过冷却系统测试后被置于300 ℃烤箱内的探管系统。
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| 图 13 300 ℃烤箱内的探管系统 Fig.13 Probe system in a 300 ℃ oven |
将整套仪器装配好后在流动回路上进行测试。图 14显示了300 ℃脉冲发生器的脉压。300 ℃涡轮驱动交流发电机为仪器供电，交流发电机有特殊的高温绕组，仪器没有在300 ℃温度下可能发生失效的塑料或弹性组件[6]。
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| 图 14 脉压随流量变化关系曲线 Fig.14 The pulse pressure versus flow rate |
3.3 钻井液
由于井下马达和钻头去除了弹性体，为提高钻井系统的耐用性，钻井液中需要添加润滑油。对适用于300 ℃高温环境的钻井液[7]进行了测试，在300 ℃的温度下老化50 h后，钻井液性能保持稳定，剪切强度低。随后在不影响长期流变特性的前提下在高温钻井液中加入少量润滑油，并进行了大量的试验验证。
在56和300 ℃温度下老化后，对配方进行了评价。评价结果表明，优化的钻井液配方大大提升了钻井液性能。
图 15显示了有/无减磨添加剂钻井液环形试件磨痕差别。该300 ℃高温添加剂配方有助于提升金属-金属马达的稳定性和耐用性。
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| 图 15 有/无减磨添加剂钻井液环形试件磨痕对比 Fig.15 Wear scar of circular test specimens in drilling fluids with/without anti-wear additive |
4 现场应用
在完成实验室试验和试验钻机测试后，300 ℃牙轮钻头、金属-金属马达和钻井液在冰岛的地热研究井IDDP-2井上进行了首次现场应用。冰岛深钻项目(Iceland Deep Drilling Project，IDDP)的地热研究井通常定向钻进至约2 000 m，岩性主要为火成岩和玄武岩。常规定向钻进BHA主要由容积式马达和牙轮钻头组成，但混合式钻头比牙轮钻头性能优势更明显[8-9]。当以低机械钻速钻进坚硬岩石时，由于振动较大，PDC钻头使用也受到限制。
4.1 IDDP-2井钻井作业IDDP-2井为冰岛深钻项目的第2口井。RN-15井是Rekjanes地热田的一口常规高温井，已于2004年钻至2 500 m，ø339.7 mm套管下至794 m，ø311.2 mm井眼钻至2 500 m。IDDP-2井计划再进入该井眼并加深钻进至4 500~5 000 m之间。IDDP-2井于2016年8月11日开钻，2017年1月25日完钻，完钻深度4 569 m。5 d后，在井深4 560 m处34 MPa的压力下测得最高温度426 ℃，实现了超临界条件作业。该井垂直钻进至2 750 m，然后造斜至30°，并稳斜钻进至完钻深度。
钻进过程中，大部分井段无返出，持续泵入新鲜的海水明显降低了井下温度，井下实际温度由MWD温度传感器测量。温度传感器位于马达上方4 m多，钻头上方14 m多，因此，马达下方的部件温度更高。因经济原因，钻进无返出导致300 ℃钻井液润滑剂用量较少。
表 1为此次钻井作业相关记录，不包括没有实现钻进进尺的记录以及在3 068~4 311 m之间进行的取心作业记录。
| 下钻趟数 | 下深/m | 起深/m | 钻头直径/mm | 钻头类型 | BHA | 进尺/m | 时间/h | 井斜/(°) | 机械钻速/ (m·h-1) |
| 1 | 2 500 | 2 523 | 311.2 | 牙轮 | 旋转 | 23.0 | 6.0 | — | 3.80 |
| 2 | 2 523 | 2 754 | 311.2 | 混合 | 马达 | 231.0 | 32.9 | 2.4 | 7.00 |
| 3 | 2 754 | 3 000 | 311.2 | 牙轮 | 马达 | 246.0 | 34.0 | 10.6 | 7.20 |
| 5 | 3 000 | 3 069 | 215.9 | 300 ℃牙轮 | 马达 | 69.0 | 6.7 | 12.9 | 10.30 |
| 6 | 3 022 | 3 117 | 215.9 | 地热牙轮 | 马达 | 95.0 | 15.0 | 14.3 | 6.30 |
| 7 | 3 117 | 3 119 | 215.9 | 牙轮 | 旋转 | 2.0 | 72.5 | — | 0.00 |
| 8 | 3 119 | 3 178 | 215.9 | 牙轮 | 旋转 | 59.0 | 9.0 | — | 6.60 |
| 10 | 3 185 | 3 321 | 215.9 | 300 ℃牙轮 | 旋转 | 136.0 | 38.5 | — | 3.50 |
| 11 | 3 321 | 3 648 | 215.9 | 300 ℃牙轮 | 旋转 | 327.0 | 103.0 | — | 3.20 |
| 12 | 3 650 | 3 865 | 215.9 | 地热牙轮 | 金属-金属马达 | 215.0 | 79.4 | 29.5 | 2.70 |
| 13 | 3 869 | 4 090 | 215.9 | 地热牙轮 | 金属-金属马达 | 221.0 | 89.9 | 27.4 | 2.50 |
| 14 | 4 091 | 4 254 | 215.9 | 地热牙轮 | 马达 | 163.0 | 32.7 | 28.5 | 4.98 |
| 15 | 4 255 | 4 310 | 215.9 | 地热牙轮 | 旋转 | 55.0 | 27.5 | — | 2.00 |
| 16 | 4 311 | 4 537 | 215.9 | 地热牙轮 | 旋转 | 226.0 | 63.5 | — | 3.60 |
| 17 | 4 537 | 4 626 | 215.9 | 地热牙轮 | 旋转 | 89.0 | 48 | — | 1.90 |
| 19 | 4 626 | 4 634 | 152.4 | 牙轮 | 旋转 | 8.0 | 6.0 | — | 1.33 |
| 20 | 4 634 | 4 643 | 152.4 | 取心 | 取心 | 8.5 | — | — | — |
| 21 | 4 643 | 4 652 | 152.4 | 取心 | 取心 | 9.5 | — | — | — |
| 22 | 4 652 | 4 659 | 152.4 | 取心 | 取心 | 7.0 | — | — | — |
4.1.1 ø311.2 mm井眼
第1、2、3趟钻：使用牙轮钻头和混合式钻头从2 500 m加深钻进至3 000 m，所用BHA为旋转和常规马达BHA，然后下入ø244.48 mm套管固井。
4.1.2 ø215.9 mm井眼ø215.9 mm井眼是使用300 ℃牙轮钻头和金属-金属马达的井段，所用的牙轮钻头(见图 16)有相似的中等切削结构，切削齿为锥形碳化钨镶齿，主要差别在于达到最高工作温度采用的关键技术——轴承/密封/润滑脂技术。牙轮钻头采用金属面密封技术，最高工作温度177 ℃；地热牙轮钻头采用金属面密封技术，最高工作温度288 ℃；300 ℃牙轮钻头采用全金属密封/轴承/补偿器技术，300 ℃润滑脂配方。
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| 图 16 ø215.9 mm井眼所用的3种钻头类型 Fig.16 Three types of drill bits used in the ø215.9 mm borehole section |
所用的BHA包括旋转BHA、常规定向马达BHA和金属-金属马达BHA。
旋转BHA由钻头、近钻头稳定器、短钻铤、稳定器及钻铤组成；常规定向马达BHA由钻头、ø171.5 mm中速PDM(0.4°~0.8°单弯)、稳定器、ø171.5 mm MWD、稳定器、震击器、钻铤、加速器和钻铤等组成；金属-金属马达BHA由钻头、ø171.5 mm PDM(0.4°~0.80°单弯)、稳定器、ø171.5 mm MWD、稳定器、震击器、钻铤、加速器和钻铤等组成。
第5趟钻：第1只300 ℃牙轮钻头与常规定向马达BHA配合从3 000 m钻至3 069 m，机械钻速达10.3 m/h。钻头磨损状况见图 17a，磨损等级为2-6-BT-H-E-0-WT/RG。MWD温度传感器测得最高温度为21℃，由于漏失起钻，随后进行取心作业。
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| 图 17 300 ℃牙轮钻头磨损状况 Fig.17 The tricone bit wear under 300 ℃ |
第6趟钻：取心完成后，为了避开井内落物，使用地热牙轮钻头配合常规定向马达BHA进行了侧钻施工，钻进井段为3 022~3 177 m，机械钻速为6.3 m/h。MWD温度传感器测得最高温度为27 ℃，为保持BHA温度处于可接受的水平，上提钻具离开井底循环很长一段时间，但是钻头在套管内旋转(转速为150 r/min)，导致钻头和套管损坏。
第7、8趟钻：第7趟钻使用牙轮钻头与旋转BHA配合从3 117 m钻至3 119 m，机械钻速极低，起钻更换牙轮钻头从3 119 m钻至3 178 m，机械钻速为6.6 m/h。
第10、11趟钻：第10趟钻下入第2只300 ℃牙轮钻头与旋转BHA配合从3 185 m钻至3 321 m，机械钻速为3.5 m/h，第11趟钻继续下入第2只300 ℃牙轮钻头与旋转BHA配合从3 321 m钻至3 648 m，机械钻速3.2 m/h。2趟钻总进尺463 m，远远超过试验钻机实现的钻进进尺和该井中常规技术实现的最好纪录。钻头磨损状况见图 17b，磨损等级为2-3-BT-M-E-3-WT。
第12、13趟钻：第12趟钻和第13趟钻使用了地热牙轮钻头和金属-金属马达。第12趟钻从3 650 m钻进至3 865 m，机械钻速为2.7 m/h，钻进过程中马达性能优良，从未出现失速现象。MWD温度传感器测得最高温度为46 ℃。第13趟钻从3 869 m钻进至4 090 m，机械钻速为2.5 m/h。MWD温度传感器测得最高温度为53 ℃。钻进过程中，虽然在较高的机械钻速下马达出现了一些失速现象，但总体性能良好。金属-金属马达总进尺为436 m，钻进时间169.3 h，循环时间269.8 h，再次远远超过试验钻机实现的进尺和该井中常规技术实现的最好纪录。
第14趟钻：使用地热牙轮钻头与常规直马达BHA配合从4 091 m钻进至4 254 m，机械钻速为4.98 m/h。MWD温度传感器测得最高温度为66 ℃。由于所用的马达为直马达，井斜控制通过改变钻进参数实现。
第15、16、17趟钻：这是用地热牙轮钻头与旋转BHA配合钻进的最后3趟钻，没有配置MWD。第15趟钻从4 255 m钻进至4 310 m，机械钻速为2.0 m/h；第16趟钻从4 311 m钻进至4 537 m，机械钻速为3.6 m/h；第17趟钻从4 537 m钻进至4 626 m，机械钻速为1.9 m/h。
4.1.3 ø152.4 mm井眼第20、21、22趟钻：用ø152.4 mm碳化物镶齿牙轮钻头钻进至4 634 m循环洗井后，第20、21和22 3趟钻下入ø152.4 mm×ø66.7 mm PDC取心钻头进行取心作业，岩心切割长度25 m，收获23.44 m，收获率为93.88%，最终到达深度4 659 m。电缆测井测得4 560 m深静态温度为426 ℃[6]。
4.2 马达和钻头钻后评价 4.2.1 马达将第12趟钻和13趟钻所用的金属-金属马达起至地面后，在测功器上对其进行了性能评价，结果见图 18。与50 h耐久试验后的性能相似，由于转子和定子磨损，马达转速降低，但动力部分正常运转并根据技术规范提供扭矩，其他性能符合预期。
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| 图 18 金属-金属马达现场应用后性能测试结果 Fig.18 Performance test results of metal-metal motor after field application |
拆卸零部件研究证实，转子和定子磨损导致性能降低的假设成立，尤其是转子涂层产生了磨损和损坏(见图 19)。
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| 图 19 金属-金属马达转子磨损和损坏的涂层 Fig.19 Metal-metal motor rotor wear and damaged coating |
4.2.2 300 ℃牙轮钻头
第5趟钻的第1只300 ℃牙轮钻头切削结构损坏严重，导致密封过早失效。补偿器完全伸开，钻井液已经渗透到润滑脂。由于切削结构损坏，该趟钻300 ℃技术测试不成功。
第10趟钻和11趟钻中的第2只300 ℃牙轮钻头起至地面后评价发现，所有的牙轮活动自如，旋转顺畅，没有观察到明显的扭矩波动。全金属压力补偿波纹管完全伸出。由于应用了全金属波纹管，大约0.31 MPa的静态压力存在于组装和润滑时的润滑系统中。磁粉探伤发现，金属焊接波纹管周围的热影响区域中没有裂纹。
外观检查表明轴承润滑脂样品的黏度下降，验证了冰岛深钻项目研发的润滑脂在实验室高温测试中的性能。图 20中的灰色外观表明无液体进入。通常，在失效的密封件中，钻井液与润滑脂混合形成绿色色调。另外，尽管黏度降低，但润滑脂中的增稠剂体系没有与基础油分离。总的来说，润滑脂性能良好。
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| 图 20 取样时润滑脂状况 Fig.20 Grease status at the time of sampling |
5 结论
(1) 研制的300 ℃定向钻井系统主要由钻头、定向马达和MWD仪器等组成。钻头、定向马达和钻井液经受了大量的实验室和试验钻机测试，MWD仪器仅完成了实验室测试，仍需要完整的钻进测试。
(2) 钻头、马达和钻井液添加剂在增强型地热系统研究井中的成功应用有助于今后在冰岛钻进更深和温度更高的井。冰岛钻探项目中研发的钻井系统所有组件的性能均满足甚至超过了预期，从而使增强型地热系统地热井定向钻进和水平钻进成为可能。
(3) 300 ℃定向钻井系统不仅为油气井温度敏感钻井和测量技术提供了技术支持，而且为常规油气钻井系统提高耐用性和可靠性提供了借鉴。
| [1] |
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