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。