——跟管钻井技术

      ◎  迟焕鹏 苗淼

　　四川盆地及其周缘地区是我国页岩气勘查开发的主战场。然而，这些地区地质条件复杂，尤其是喀斯特地貌分布广泛，浅表地层碳酸盐岩发育，容易因水的长期溶蚀产生许多裂缝、洞穴。因此，钻遇此类地层时，钻井液极易大量漏入地层裂缝或者溶洞，造成恶性井漏。恶性井漏已经成为制约钻井工程提速提效的“卡脖子”问题。目前常用的解决办法是采用清水作为钻井液，快速钻穿后下套管封隔。但是，如果恶性井漏引起了井眼的垮塌，那么清水快速钻进的方法便是“杯水车薪”了，一般需要对发生恶性井漏的位置用各种方式进行封堵，或者填井重钻，甚至更换井位。这种恶性井漏伴随井眼垮塌的情况常见于我国西南山地页岩气钻井施工，堵漏往往需要耗费大量的物力、人力和时间成本，且成功率较低。据统计，中石油川渝地区二开断层漏失段一次堵漏成功率低于10%。

　　跟管与底部钻具

　　跟管钻井技术又称“空气锤跟管钻井技术”，是应对这种复杂井漏情况的“利器”。其关键在于“跟”，顾名思义，就是在向下钻井的过程中，钻头后面有根钢管（套管）一直“跟着”，以确保可以对地层形成实时封隔。此技术融合了空气钻井的优点，可以实现快速钻进和封隔地层同步进行，已广泛应用于水文水井钻探施工、地质钻孔、抗旱救灾、地质灾害治理、岩土掘进等工程领域。将该技术引入到石油天然气井浅表地层的钻进中，可以有效应用于溶洞、大型裂缝发育、易垮塌地层以及漏垮同层的钻进。

　　其基本原理是，中心空气锤冲击钻头与冲击器相连接，钻进时，冲击器使空气压缩产生能量，驱动底部的冲击钻头产生高频震动冲击，在冲击器和转盘扭矩的作用下实现对井底岩石的冲击、回转、钻进。是实际应用的底部钻具组合的照片。钻进时，钻具正转，偏心跟管钻具的偏心钻头伸出，在中心钻头形成破岩形成井眼后，紧接着偏心钻头进行扩孔，形成容许套管通过的井眼；钻完井眼后将钻具反转一定角度，偏心钻头收拢，可将钻杆、冲击器、钻头等一并起出，套管和管靴则留在井中。同心跟管钻具钻进的原理与偏心跟管钻具的原理类似，使用同心跟管钻具钻进时，钻具正转时，中心钻头的扩眼齿伸出，使钻头直径大于收拢状态的钻头直径，在钻头的冲击下直接形成容许套管通过的井眼。钻完井眼后将钻具上提反转一定角度，钻头收拢，最后可将钻杆、冲击器、钻头等一并起出，套管和管靴则留在井中。底部冲击钻头本体侧面设计有岩屑排泄的流道，钻进过程中产生的岩屑由高速空气携带，经凹槽上返至钻杆和套管之间的环空，最后带出地面。

　　喀斯特发育地区的地面溶洞

　　跟管钻井具有效率高、成本低、不需额外的复杂装置的优点，可完成200米深度以内的同步钻进和地层封隔。该技术已成功在贵州西部六盘水地区页岩气钻井中进行了应用，在不到半天的时间内就成功解决了之前采用空气钻井、清水钻井、水泥堵漏、混凝土堵漏等工艺或措施近一个月没有解决的恶性漏失和井眼垮塌共存的难题，证明了跟管钻井技术在应对浅表地层溶洞、大型裂缝发育、易垮塌地层以及漏垮同层等复杂情况的安全钻进中应用效果良好，为我国四川盆地及西南喀斯特地貌发育地区安全高效钻井提供了一种有效技术，具有良好的推广应用价值，对保障国家能源安全、优化能源结构、助力长江经济带绿色发展具有重要意义。

　　（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）