石油圈
井下动力钻具，是进行油气开采的主要设备与工具。国内日益剧增的油气需求量，推动井下动力钻具的技术革新与发展。它能够把钻井液的能量通过动力转化，变化成钻井破岩动力，提高机械转动速度，从而让钻头达到高速旋转。近几年，我国的油气钻井新技术得到不断的完善和发展，由于定向井、水平井、多分支井的不断推广，进一步推动了井下动力钻具的不断完善和更新。目前，井下动力钻具已经广泛使用在了地质钻探、煤田和油气钻探领域。过去几十年的发展，使得井下动力钻具已经形成了螺杆钻具、叶片式涡轮钻具和电动钻具三种主要的产品类型。但是随着科技进步和油气开采逐渐向非常规油气井、深井、深海进行转移，对井下动力钻具在设备使用寿命、工作条件、钻速、可控性、可靠性等方面都有了新的要求。并且，我国目前的油气钻井成本较高、工程周期长、钻井的机械转速较低，整个工作的效率较低下，尤其是在一些深储层、超深储层、高温高压、高地应力的环境下，井下动力钻具将对钻井效率起到决定性的作用。
本文将总结目前存在的三种主要井下动力钻具（螺杆钻具、叶片式涡轮钻具和电动钻具），并针对当前非常规油气藏的开发开采趋势，指出当前井下动力钻具的发展方向。
一 井下动力钻具的主要种类
目前广泛使用的井下动力钻具主要有三种类型：螺杆钻具、叶片式涡轮钻具和电动钻具。随着技术进步与发展，这些钻具在结构上、材料上都有不同程度的改善，但是动力原理都没有发生革命性的变化。下文将分别介绍三种钻具及其优缺点。
（一）螺杆钻具
在我国，螺杆钻具的发展非常完善，品种规格齐全，能够满足定向井、侧钻井的工艺需要。螺杆钻具的优点在于钻速低、扭矩大、过载能力强、结构简单、维修方便等特点，在钻井工作中易于操作，在现场工作中使用广泛。但是，螺杆钻具对钻井液性质有较高的要求（对油基钻井液十分敏感、不能在密度的钻井液中工作）、耐高温性差、无法适应深井高压作业。
较为著名的螺杆钻具包括了：美国迪纳钻具、美国纳维螺杆钻具。我国在引进的迪纳钻具和维纳钻具技术的基础上，研发成功了多头螺杆、铰接螺杆、中空螺杆和小径螺杆等多种类型的螺杆钻具。
在美国，螺杆钻具已经成为了定向井钻井中的标准化和专用工具，已经能够承担大部分的定向井钻井任务，完成水平井的定向造斜和水平井段工作。
（二）叶片式涡轮钻具
与螺杆钻具相比，涡轮钻具具有钻速高、扭矩大的特点、没有横向振动、能够在高温高压环境中工作，适合于深井作业，并且它对钻井液的要求有所放宽，能够在油基钻井液、高密度钻井液中工作。但是，叶片式涡轮钻具的长度较大、安装过程较为复杂，给钻井操作带来不便。
法国目前是涡轮钻具中的代表，它以钻头研发为依托，借助涡轮钻具钻速高、扭矩大的优势，在很多难以下钻的地层取得了钻采突破。当前较为著名的涡轮钻具包括了：法国的 Neyfor 涡轮钻具、法国 Turboservice 的TT 型涡轮钻具等。我国也在多次的技术攻关之后，研发出了195 型深井和定向井涡轮钻具、国产的用于取芯的涡轮钻具。
（三）电动钻具
在我国的油气钻井中，使用电动钻具尚属空白。国外目前采用的主要是直流电动钻具。它具有可调速、过载能力强、通讯容量大、可控性强、耐高温高压的特点。能够适用于定向井、丛式井、大斜度井、水平井等类型的钻井工作，适用范围广。但是由于动力消耗过大，因而随着涡轮钻具的发展，而逐渐被淘汰。
综上，三种类型的井下动力钻具各有优缺点，对比分析如下表1 所示。一般来说，涡轮钻具能够在深井、长井、深直井、高温井段、高压井段中使用，而螺杆钻具则广泛使用在定向井和丛式井的造斜任务较重。电动钻具在我国使用不多。井下动力钻具的改良，一般集中在如下几个方面：钻具的控制能力、井下作业的可靠性、工作寿命的提高、操作便捷性、环境适应能力（适应高温、高压、高密度钻井液等）等。
表1 三种井下动力钻具的优缺点对比
二 井下动力钻具的发展方向
目前而言，我国的浅层油气藏开采已经非常充分，常规油气资源越来越少、品味越来越低。近几年发现的大型、特大型油气藏都是深部油气藏、非常规油气藏（致密油、页岩油、稠油、油砂、油页岩、致密气、页岩气、煤层气、天然气水合物等），这些油气藏才是未来我国油气开发与开采的重点，也是我国实施可持续发展战略的关键。因此，井下动力钻具的发展方向，必须要适应当前新发现的油气藏的地质特点、开发特点、工作环境特点，并针对性的进行技术攻关。
非常规油气藏的运聚动力，主要来自于膨胀压力和生烃压力，并且往往都是低渗透率的储层构造，压力变化过程是先超压、再负压、最后常压的变化规律；圈闭储层以低渗透致密地层为主、不需要直撞盖层、充注动力以超压为主、渗流方式主要是低速非达西流，并且往往是油气水混杂或油气水倒置的动态界面，在地层中大面积连续分布。这种不受构造圈闭或岩性圈闭控制的区域性连续分布形式，使得传统的钻采方式都需要做出适应性的变化。
因此，井下动力钻具一方面需要提高钻头的机械钻速，来降低钻井成本，另一方面需要扩大扭矩、增加机械使用寿命来完成深井钻探工作。另外，部分非常规油气藏掩埋较深、地质条件复杂，无论是耐高温、耐高压、钻头硬度还是钻头适用面积，都需要进一步进行研发，适应不同地质条件的非常规油气藏开采工作。
三 结语
针对当前的油气藏开发趋势，使得钻井工作者在工具研发、技术更新、成本节约等方面面临诸多挑战和技术攻关难题。通过当前井下动力钻具的回顾，发现目前使用的井下动力钻具，在国内外的品种类型、性能参数等方面都趋于一致，并且近几年的井下动力钻具一直没有突破性的发展。然而，随着深井、超深井、特殊工艺钻井需求的不断增加，传统的井下动力钻具在可操作性、可靠性和工作环境适应性上已经无法适应当前油气开发工作。小井眼、套管开窗侧钻、旋转导向钻井、连续油管钻井等技术的更新和发展，让井下动力钻具也必须随着钻井技术的更新而进行相应的研发和更新。因此，钻井工程的技术研发人员，需要针对当前的油气藏特点，尤其是非常规油气藏的开发开采要求，来进行井下动力钻具的技术革新与研发，推广其适用范围，更好地为石油钻采工作服务。
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