地熱井花崗巖地層鉆進提速技術(shù)研究與應用進展

張德龍，郭 強，楊 鵬，盧 彤，吳 爍，翁 煒，劉寶林

(1.北京探礦工程研究所,北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(北京),北京 100083；3.自然資源部地熱與干熱巖勘查開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新中心,河北石家莊 050060)

0 引言

地熱資源(干熱巖)是一種非碳基可再生清潔能源，開發(fā)地熱資源可以有效改善能源結(jié)構(gòu)，減少碳排放，從源頭上為碳中和做出貢獻。我國地熱資源豐富、儲量巨大，具有巨大的開發(fā)和利用前景(藺文靜等，2012)。近年來，我國在干熱巖資源調(diào)查和鉆探技術(shù)方面都取得較大的進展(藺文靜等，2021)。鉆探是深部地熱資源勘查開發(fā)的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵手段之一，近年來隨著地熱資源勘查開發(fā)進程的不斷加快，地熱鉆探工作量增加十分明顯。在地熱鉆探過程中，花崗巖地層的鉆遇率大幅增加，但花崗巖地層的鉆進效率總體偏低(賈軍等，2015)。結(jié)合鉆探工程實踐開展花崗巖地層鉆探提速技術(shù)研究與應用對促進地熱資源勘探開發(fā)具有十分重要的意義。

1 花崗巖地層特點

地熱資源開發(fā)利用由來已久，隨著能源資源需求的不斷加大，世界各國在地熱資源勘查開發(fā)方面的投入與日俱增。

近年來，國內(nèi)在青海共和、福建漳州、廣東惠州、河北張家口、河北馬頭營等地區(qū)的地熱資源鉆探調(diào)查中均鉆遇了大段的花崗巖(葉見玲等，2019；張盛生等，2019；藺文靜等，2021；張云等，2022)。其中，青海共和GR1 井終孔深度3705 m，井深自1341 m至終孔鉆遇地層巖性均為花崗巖；青海共和DR3井、DR4井以及在青海貴德扎倉溝ZR1 井鉆遇地層也均為花崗巖(譚現(xiàn)鋒等，2021)。福建漳州干熱I井終孔深度4000 m，井深自200 m至終孔鉆遇地層巖性均為片麻狀青灰色二長花崗巖。廣東惠州惠熱I井終孔深度3009.17 m，井深1565.50 m至完鉆地層均為細中粒黑云二長花崗巖(甘浩男等，2015;李婷昕等，2020)。河北張家口崇禮區(qū)ZK01-1、ZK01-2井20 m以深至完鉆地層均為二長花崗巖；根據(jù)臨井資料和構(gòu)造情況進行分析，河北馬頭營干熱巖靶區(qū)1350 m以深均為太古宙變質(zhì)花崗巖類或變質(zhì)巖系(齊曉飛等，2020)。

花崗巖是干熱巖儲層最為典型的巖性特征，其楊氏模量約是砂巖的2～4倍，斷裂韌性明顯高于砂巖。以青海共和鉆獲深部巖心為例，40 MPa圍壓下的楊氏模量高于40 GPa(周健等，2021)，在同等鉆進參數(shù)條件下，花崗巖地層機械鉆速遠低于沉積巖地層鉆進。此外，花崗地層鉆進過程中，井下鉆具的磨損和消耗十分嚴重，加之地層層段厚、溫度高，鉆進難度極大，鉆探成本驟增。

2 鉆進提速工具與技術(shù)研究概況

鉆頭破巖形式分為切削、磨削、壓碎等方式。為了提高鉆頭破巖效率，對于切削和磨削破巖的方式多以提高轉(zhuǎn)速為主，同時增加周向沖擊也有一定效果。對于以壓碎為主的破巖形式，多以提高井下轉(zhuǎn)速和軸向沖擊為主。

提高轉(zhuǎn)速：以提高轉(zhuǎn)速方式提高破巖效率的鉆具主要以螺桿馬達和渦輪鉆具為主，其中螺桿馬達以其優(yōu)異的硬特性應用范圍最廣；渦輪鉆具由于其自身特點主要應用于巖石強度高、研磨性強的硬巖或高溫地層。

軸向沖擊：以提高軸向沖擊頻率和能量提高鉆速的方式的鉆具主要有液動沖擊器、氣動潛孔錘。液動沖擊器是在鉆井液的作用下將鉆井液的水力能轉(zhuǎn)化為沖擊破碎巖石的機械能。氣動潛孔錘則是以空氣為循環(huán)介質(zhì)，以高頻、高沖擊功沖擊破碎巖石，以提高鉆進效率。

扭轉(zhuǎn)沖擊鉆具：扭轉(zhuǎn)沖擊工具是在鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進的同時提供一個軸向沖擊的作用，以克服鉆柱粘滑效應對鉆頭破巖的影響，從而提高破巖效率，從實際應用角度該種方法更適用于軟到中硬的地層。

射流破巖工具：射流破巖方法及理論已經(jīng)較為系統(tǒng)，最早應用在輔助鉆頭破巖方面。水力脈沖提速工具則是應用脈沖發(fā)生裝置改變進入鉆頭鉆井液的流態(tài)，形成周期波動的空化脈沖射流，具有輔助破巖和清潔井底的雙重效果(Xi et al.，2021)，但受能量大小限制，在花崗巖地層鉆進中效果并不明顯。

復合沖擊：近年來復合沖擊工具研究工作取得了很好的成果，該工具可同時向鉆頭提供軸向垂直和軸向扭轉(zhuǎn)的沖擊波，利用沖擊抵消鉆頭與地層間的粘滑作用，從而提高破巖效果(查青春等，2017;蘇嶄等，2021)。

蓄能式提速工具：蓄能式提速工具對于非均質(zhì)地層具有較好的效果。在非均質(zhì)地層鉆進過程中，對于局部較硬地層，將扭矩能量儲存在蓄能裝置中，再逐步釋放能量，由于應用較少，仍待開展深入的研究。

激光破巖提速：美國于20世紀90年代提出該項技術(shù)，并開展了鉆進實驗。其破巖效率是旋轉(zhuǎn)鉆進方式的10～100倍(O’Brien et al.，1999)。實現(xiàn)激光鉆井需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是高功率激光發(fā)生器小型化以及成套的鉆井裝備、工具、工藝方法等，目前仍未達到現(xiàn)場應用的條件(閆靜等，2021)。

從國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展與實際應用情況來看，螺桿馬達、渦輪鉆具、蓄能式提速工具、沖擊器、潛孔錘等提速工具及技術(shù)在花崗巖地層鉆進提速中效果較好，實用性更強。然而在實際鉆進過程中，結(jié)合地層地質(zhì)條件優(yōu)選提速工具、搭配鉆具組合、優(yōu)化鉆進參數(shù)尤其重要。

3 花崗巖地層提速技術(shù)應用

3.1 螺桿馬達配合牙輪鉆頭提速技術(shù)

螺桿馬達是近年來國內(nèi)外應用最廣的井下動力鉆具之一。由于其具有良好的硬特性，操作簡單，近年來在地熱鉆探提速中應用較為廣泛(李奇龍，2014；景龍等，2015；楊風良等，2017；譚現(xiàn)鋒等，2021)。常用的螺桿馬達按馬達結(jié)構(gòu)的不同主要有常規(guī)定子、等壁厚定子兩種。其不足在于在高溫條件下定子橡膠的密封性和可靠性大幅下降，定子橡膠在高溫條件的加速老化導致工具的總體工作性能和壽命大幅降低(劉璐等，2020)。隨著高溫鉆探需求的不斷增加，國內(nèi)外的專家和學者開始探索研究全金屬螺桿馬達，盡管已經(jīng)取得了一定的成果和突破，但全金屬螺桿馬達仍然存在效率低、壽命短、成本高等問題，仍需開展更為深入的技術(shù)研究工作(Chatterjee et al.，2014；秦耀軍等，2019；劉璐等，2020)。

就地層適應性而言，在軟到中硬地層推薦做法是選用螺桿馬達配合PDC鉆頭鉆進，破巖方式以切削為主。由于PDC復合片耐沖擊性能相對較差，鉆遇花崗巖地層時復合片在沖擊的作用下先期損毀失效，導致鉆頭壽命極短(孫榮軍等，2018)。牙輪鉆頭破巖以滾動壓碎為主，耐沖擊性較好，在堅硬花崗巖地層采用螺桿馬達配合牙輪鉆頭進行鉆進提速則更為適用。

此外，就井下鉆具組合搭配而言，螺桿馬達搭配其它提速工具進行復合鉆進的方式也有應用，采用螺桿馬達搭配扭力沖擊器、液動沖擊器等方式對提高機械鉆速也有一定的效果(陳新勇等，2020)。

3.1.1 共和干熱巖螺桿復合鉆進應用

近年來，青海共和盆地干熱巖資源調(diào)查取得重大進展和突破，最高溫度達236 ℃，開發(fā)及利用潛力巨大(謝文萍等，2020)。該地區(qū)早期勘查鉆探過程中井下事故頻發(fā)，平均單日進尺約10 m。為提高鉆探效率，在GR1井三開和四開井段開展了螺桿馬達配合牙輪鉆頭復合鉆進試驗。試驗過程中，單只鉆頭進尺均超過59.7 m，純鉆時間不小于62.9 h，平均機械鉆速為1.21 m/h，相比常規(guī)鉆進提高約36%(鄭宇軒等，2018；譚現(xiàn)鋒等，2021)。

3.1.2 崇禮地熱螺桿復合鉆進應用

張家口崇禮區(qū)覆蓋層通常在20 m左右，覆蓋層以下均為致密二長花崗巖。ZK01-2井設(shè)計井深1500 m，為了提高鉆探效率在二開井段采用Φ172 mm螺桿馬達配合牙輪鉆頭進行提速鉆進。鉆進過程中鉆進參數(shù)設(shè)定為：鉆壓40～60 kN，鉆頭轉(zhuǎn)速約為150 r/min，鉆井液排量25 L/s，立壓4～5 MPa，應用效果如表1所示。

表1 ZK01-2井螺桿鉆具應用情況

由表1，螺桿馬達復合鉆進總進尺102.88 m，純鉆時間合計69 h，平均機械鉆速1.49 m/h。與同井上部井段常規(guī)鉆進(平均機械鉆速0.9 m/h)平均機械鉆速提高分別為162%和25.56%，提速效果較為明顯。

3.2 渦輪鉆具復合鉆進提速技術(shù)

渦輪鉆具也是依靠提高鉆頭轉(zhuǎn)速來提高鉆頭破巖效率的動力鉆具，最早由前蘇聯(lián)學者研發(fā)并開展應用，在應用高峰時期曾占據(jù)了前蘇聯(lián)超過80%的鉆井工作量。為了解決地熱高溫鉆探技術(shù)難題，美國20世紀70年代末開展了大量的耐高溫渦輪鉆具的研究與應用工作，如今已經(jīng)廣泛應用于地熱、油氣等勘探開發(fā)領(lǐng)域。我國的渦輪鉆具研究工作始于20世紀50年代中期，早期主要借鑒前蘇聯(lián)的技術(shù)與經(jīng)驗，目前主要應用在油氣鉆井領(lǐng)域，在地熱鉆探領(lǐng)域應用較少(馮定等，2020)。

3.2.1 福建漳州干熱I井渦輪取心鉆進應用

福建漳州干熱I井設(shè)計井深4000 m，井深200 m至終孔均為二長花崗巖。2015年7月該井開展了渦輪取心實鉆試驗。試驗采用Ф127 mm國產(chǎn)渦輪鉆具搭配152/94 mm金剛石取心鉆頭(翁煒等，2017；Zhang et al.，2018)。

本次試驗鉆進井深為880 m，鉆進過程中鎖住轉(zhuǎn)盤，鉆壓控制在15～30 kN，鉆井液排量14 L/s，立管壓力穩(wěn)定在10～11 MPa。初期鉆進速度較快，進尺變慢后提鉆，鉆進進尺2.25 m，鉆進時間為1.75 h，平均機械鉆速為1.29 m/h，與同井上部井段Ф165螺桿馬達取心鉆進相比提高約30.3%。

鉆具出井后檢查分析認為堵心導致鉆速變慢，受現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)條件限制，渦輪鉆具性能并未充分發(fā)揮，提速效果仍有提升空間。

3.2.2 美國干熱巖渦輪鉆進應用

美國最早開始干熱巖資源研究與開發(fā)示范，在高溫花崗巖鉆進方面開展了大量的研究與實踐，具有很好的借鑒意義。其中，最具代表性也是資料最豐富的當屬芬頓山干熱巖示范工程。該工程實施了多口直井定向井，在鉆井過程中為了提高鉆探效率，開展了多次耐高溫渦輪鉆具提速應用(Donald et al.，2012)。以EE-2井為例，其鉆井參數(shù)見表2。

表2 EE-2井7 3/4″渦輪鉆具應用效果

此外，在EE-3井鉆進過程中，Maurer高溫渦輪鉆具表現(xiàn)同樣十分出色，7 3/4″高溫渦輪鉆具在17個回次的應用中成功14次，其中有2次是因為軸承故障，另1次是因為縮徑卡鉆導致鉆具制動。在定向井中，應用5 3/8″高溫渦輪鉆具開展了8次導向鉆進，均取得了成功。

3.2.3 油氣井堅硬致密、研磨性強渦輪鉆進應用

國內(nèi)地熱鉆探工程中渦輪鉆具的應用仍處于起步階段。盡管在油氣井中花崗巖鉆遇率較低，但同樣會鉆遇堅硬致密、研磨性強的難鉆進地層，在這些可鉆性較差的地層鉆進提速過程中渦輪鉆具仍然是一項有效的解決方案。以下案例雖不是在花崗巖地層鉆進，但同樣是針對高強度、強研磨地層提速鉆進，具有較大參考價值。

由圖3可知，在30～40℃時，隨著浸提溫度的升高，浸提液中刺葡萄皮花青素的OD值上升；40℃時浸提液中刺葡萄皮花青素的OD值達到最大；50～70℃時，花青素的浸提量比在40℃條件下浸提量變小。因此，選擇40℃作為刺葡萄皮花青素的浸提溫度。

2013年，中石化在川西須家河組深部致密、強研磨砂巖地層應用高速渦輪鉆具開展了提速試驗，取得了較好效果。試驗采用史密斯尼爾福4-3/4″T1XL MK2渦輪鉆具，工作轉(zhuǎn)速范圍700～1400 r/min；搭配鉆頭選用史密斯K507/ K503/ K705三個型號的孕鑲金剛石鉆頭。應用渦輪鉆具搭配上述三個型號孕鑲金剛石鉆頭共鉆進6個回次，平均單只鉆頭進尺為224.08 m，平均機械鉆速為2.02 m/h，較臨井提高約117%(秦曉慶等，2013)。

2018～2020年，哈薩克斯坦針對致密、強研磨地層開展了多次渦輪鉆進提速應用，其中肯基亞克油田采用渦輪鉆具配合孕鑲金剛石鉆頭試驗應用三口井，平均機械鉆速1.79 m/h，相比區(qū)域內(nèi)其它鉆井提高約為108.14%，充分驗證了高速渦輪鉆具搭配孕鑲金剛石鉆頭對高強度、強研磨地層的適用性(陳濤等，2020)。

3.3 液動沖擊器鉆進提速技術(shù)

液動沖擊器在高壓鉆井液的作用下能夠產(chǎn)生高頻振動與沖擊，可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)與沖擊共同作用破碎巖石(Homuth et al.，2016；索忠偉，2019a)。液動沖擊器技術(shù)相對成熟，可分為無閥和有閥兩大類，每一類又包含多種不同類型(甘心，2021)。此外，近年來國內(nèi)外均開展了扭轉(zhuǎn)沖擊器、復合沖擊工具的研究與應用工作，在油氣井鉆進過程中搭配PDC鉆頭提速應用取得了一定的效果(查青春等，2017；蘇嶄，2021)。本文結(jié)合鉆井應用實際，以射流式?jīng)_擊器為例進行介紹。射流式?jīng)_擊器通過射流元件形成交替變化的高壓射流，推動活塞上下往復運動，為鉆頭提供高頻沖擊能量，以起到破巖提速作用。射流式液動沖擊器相較其它提速工具的特點是在任何工況下不影響鉆井液循環(huán)，達到工作壽命或無法正常沖擊工作均不需單獨起鉆，可以繼續(xù)正常鉆進(索忠偉，2019b；尹慧博等，2020)。

崇禮ZK01-2井地層主要為二長花崗巖，硬度高，耐磨性強。針對此地層特點，為提高地熱井花崗巖硬巖地層鉆井效率，現(xiàn)場采用Φ172 mm射流式液動沖擊器配合Φ215.9 mm牙輪鉆頭進行提速鉆進。本次采用的射流式?jīng)_擊器設(shè)有防空打機構(gòu)，鉆井液循環(huán)時，鉆頭承壓后沖擊器自動工作，不承壓則停止工作。

入井前，首先在井口測試沖擊器的性能參數(shù)，穩(wěn)定后入井作業(yè)，如圖1所示。鉆進過程中，鉆壓控制在100～130 kN，轉(zhuǎn)速為45～60 r/min，鉆井液排量為25 L/s，立壓4～5 MPa。沖擊器鉆進井段為821.67～905.17 m，由于地層發(fā)生嚴重漏失被迫起鉆，鉆進總進尺為83.5 m，純鉆時間77.9 h，平均機械鉆速1.1 m/h。

圖1 液動沖擊器井口性能測試

射流沖擊器在提速應用過程中工作穩(wěn)定，起鉆后井口測試沖擊器工作正常，牙輪鉆頭磨損均勻，無崩尺、掉齒現(xiàn)象，如圖2所示。該井上部758.68～819.67 m井段轉(zhuǎn)盤驅(qū)動牙輪鉆頭鉆進平均機械鉆速0.82 m/h，應用射流式?jīng)_擊器機械鉆速約提高30.7%，單只鉆頭進尺增加約36.9%。相對轉(zhuǎn)盤鉆進，射流式?jīng)_擊器鉆進總體提速效果較為明顯，但與同井螺桿鉆具復合鉆進效果(1.49 m/h)仍存一定差距。

3.4 氣動潛孔錘鉆進提速技術(shù)

氣動潛孔錘作為鉆進提速工具，主要應用于含水量較少或不含水的硬巖地層鉆進，相較于傳統(tǒng)提速工具其具有施工速度快、鉆孔效率高等優(yōu)點，在地熱鉆探領(lǐng)域應用十分廣泛(魏俊，2019)。氣動潛孔鉆進工藝以空氣作為動力介質(zhì)，工作所需鉆壓和扭矩相對較小，對設(shè)備的承載能力要求較低，環(huán)保無污染，在地熱鉆探領(lǐng)域的應用由來已久(許劉萬等，2016)。氣動潛孔錘鉆進效率的高低，受空壓機容量、沖擊器質(zhì)量、鉆頭性能及鉆進工藝參數(shù)等綜合影響，鉆遇地層出水量大小是制約該工藝能否使用的最大影響因素(Bu et al.，2009)。此外，由于氣動潛孔錘在作業(yè)過程中轉(zhuǎn)速與鉆壓較低，與井壁的接觸機率較小，可有效防止井斜、保證井眼質(zhì)量(宋軍等，2013)。

崇禮ZK01-1井地層主要為二長花崗巖，巖石硬度高、耐磨性強，為了提高鉆進效率，現(xiàn)場采用了氣動潛孔錘鉆進工藝進行應用試驗。

試驗采用SPM112A-311型潛孔錘頭搭配SPM112A沖擊器進行空氣鉆進，采用兩臺并聯(lián)螺桿式空壓機作為氣源。鉆具入井前首先在井口進行試壓，如圖3所示。鉆進過程中，鉆壓控制在10～20 kN，轉(zhuǎn)速設(shè)置在20～25 r/min，空壓機排量為74 m3/min，立壓2.5 MPa。試驗鉆進井段為9.6～274.6 m，總進尺265 m，純鉆時間49.1 h，最大機械鉆速20 m/h，平均機械鉆速4.8 m/h。在265 m處鉆遇涌水層，鑒于出水量較大已不具備空氣鉆進條件，提鉆結(jié)束試驗。

試驗結(jié)果表明，采用氣動潛孔錘鉆進工藝較常規(guī)鉆進平均機械鉆速提高約480%，鉆進效率提高十分明顯。鉆進過程中由于鉆遇地層出水量較大，導致氣動潛孔錘無法正常使用，被迫終止鉆進。

3.5 蓄能式提速工具及應用

蓄能式提速工具是近年來新出現(xiàn)的一種提速鉆進工具，其采用彈簧原理通過井底破巖能量的自動存儲與釋放，平抑鉆壓、鉆頭扭矩與鉆頭轉(zhuǎn)速等鉆井參數(shù)的波動，減輕對上部鉆柱和鉆頭的擾動破壞，為鉆頭提供平穩(wěn)工況環(huán)境。該工具結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，不需要附加鉆井液能量驅(qū)動，不受鉆井液密度、排量、大顆粒堵漏材料等影響，與常規(guī)鉆進相比較，儲能式鉆井工具在鉆進時扭矩更為平穩(wěn)，對軟硬互層、破碎等復雜地層更具適應性。

張家口崇禮地區(qū)ZK01-2井鉆遇地層為大段花崗巖，地層破碎、漏失嚴重，鉆進過程中頻繁憋跳，扭矩波動較大。鉆探現(xiàn)場采用Φ178 mm蓄能式?jīng)_擊器配合Φ215.9 mm KS1652PDC鉆頭進行了提速鉆進試驗。

試驗過程中，工作轉(zhuǎn)速為30～60 r/min，鉆壓為80～90kN，鉆井液排量為25 L/s，立壓2～3 MPa。鉆進井段為666.1～685.1 m，總進尺19 m，純鉆14 h，平均機械鉆速1.36 m/h。

出井后PDC鉆頭6個切削齒崩壞，如圖4所示。其中刀翼冠部5個PDC復合片環(huán)槽失效，錐形面、肩部和保徑基本完好，從獲取的崩齒碎片來看，判斷為地面組配下鉆磕碰、鉆頭受力不均或井底掉塊造成個別PDC齒早期破碎、鉆頭先期損傷，在后續(xù)的鉆進中加速破壞。蓄能式提速工具鉆進過程中扭矩波動較平穩(wěn)，有效地減弱和減小了鉆進過程的憋卡、跳鉆等現(xiàn)象，機械鉆速較轉(zhuǎn)盤驅(qū)動牙輪鉆頭鉆進(0.82 m/h)提高了36%。該方法為同類地層鉆井提速提供了一種可選技術(shù)手段，但在鉆具搭配和應用工藝方面仍需開展深入研究。

圖4 出井后PDC鉆頭照片

4 結(jié)論與建議

提高機械鉆速是提高鉆探效率降低鉆探成本最直接有效的方法，近年來各種提速工具和工藝層出不窮。隨著地熱鉆探工程花崗巖鉆遇率的不斷提高，開展花崗巖地層鉆進提速技術(shù)及應用研究對促進地熱資源開發(fā)利用具有重要意義。對于常規(guī)地熱井鉆探工程尤其是勘探井，螺桿馬達配合牙輪鉆頭復合鉆進工藝及配套工具最為成熟，適應地層更為廣泛，且初次投入成本相對較低。但在提速方法的選擇方面仍需密切結(jié)合地層條件和設(shè)備配套情況，同時針對不同的提速工具優(yōu)選鉆具組合、合理優(yōu)化鉆進參數(shù)，以保證提速效果、井眼質(zhì)量和井下安全。

(1)不含水或出水量較小的花崗巖地層，宜采用氣動潛孔錘鉆進提速技術(shù)。在眾多提速技術(shù)中，氣動潛孔錘提速效果最為明顯，但一旦地層出水量過大，則無法建立連續(xù)穩(wěn)定的空氣循環(huán)，導致井下巖屑無法及時排出，鉆速下降且極易發(fā)生井下復雜情況。在應用過程中，應根據(jù)地層的硬度及研磨性優(yōu)選潛孔錘錘頭，當?shù)貙佑捕炔桓?、研磨性較弱時采用攻擊性較強的錘頭可大幅提高機械鉆速；對于硬度高、研磨性強的地層，宜采用加強保徑、加密布齒的錘頭，提高鉆頭的抗沖擊能力和整體壽命，防止發(fā)生斷齒、掉齒以及縮徑問題。氣動潛孔錘鉆進深度取決于空壓機氣量與壓力級別，隨著孔深的增加，當現(xiàn)有空氣壓縮機不能滿足孔深需求時可選配增壓機，以提高鉆深能力。此外，氣動潛孔錘鉆井需單獨配套高壓大排量空氣壓縮機、增壓機、氣動潛孔錘、井口裝置、氣路管線等，初次投入成本相對較高，在選用過程中應綜合考慮應用地層厚度、提速效果、綜合成本等多方面因素。

(2)溫度小于150 ℃的花崗巖地層，宜采用螺桿馬達配合牙輪鉆頭鉆進提速技術(shù)，也可采用螺桿馬達、液動沖擊器、牙輪鉆頭三者組合的方式進行提速應用。隨著技術(shù)的發(fā)展，螺桿馬達的耐溫能力不斷提高，但隨著溫度升高螺桿馬達的壽命和穩(wěn)定性均會明顯下降。在應用過程中，應根據(jù)地層的硬度及研磨性優(yōu)選牙輪鉆頭及鉆進參數(shù)，當?shù)貙佑捕炔桓?、研磨性較弱時，可采用攻擊性較強的517系列牙輪鉆頭，同時適當提高鉆頭轉(zhuǎn)速可獲得較好的提速效果；對于硬度高、研磨性強的地層，宜采用加強保徑、加密布齒、齒形相對較小的617系列以上的牙輪鉆頭，并適當提高鉆壓、降低轉(zhuǎn)速，防止鉆頭發(fā)生崩尺、過度磨損等問題。

(3)溫度高于150 ℃或硬度高、研磨性強的花崗巖地層，宜采用渦輪鉆具復合鉆進提速。溫度較高的地層通常埋深較深，隨著溫度升高螺桿馬達壽命逐漸下降，頻繁起下鉆導致鉆進效率大幅降低，同時易發(fā)生井下復雜；隨著地層硬度升高、研磨性增強，鉆頭吃入或壓碎地層愈加困難，牙輪鉆頭壽命及破巖效率也將大幅下降，螺桿馬達配合牙輪鉆頭的優(yōu)勢不再明顯。在上述兩種情況下，須同時考慮鉆具組合總體工作壽命和破巖效率。渦輪鉆具具有耐高溫、高轉(zhuǎn)速的特點，孕鑲金剛石鉆頭破巖以磨削為主，工作壽命長，在高溫、堅硬、研磨性較強的地層可充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢。此外，渦輪鉆具通常壓降較高，在使用過程中應須充分考慮泥漿泵和高壓管匯的耐壓能力，同時在鉆進過程中，應密切關(guān)注各項鉆進參數(shù)，根據(jù)實際鉆進情況及時進行調(diào)整。

由于地質(zhì)條件千差萬別，且每種鉆井提速技術(shù)都有其適用性和局限性，在提速技術(shù)選擇和應用過程中應具體問題具體分析，并及時根據(jù)應用情況進行優(yōu)化和調(diào)整。

同時，當前的各種提速技術(shù)及工具仍存在進一步發(fā)展和提高空間，仍需進一步加大技術(shù)研發(fā)投入，提高穩(wěn)定性、拓寬適用性。其中，全金屬螺桿鉆具目前仍不成熟，其關(guān)鍵難點是如何解決密封性和工作壽命的問題；渦輪鉆具工作特性偏軟，減速器渦輪鉆具則可大幅提高渦輪鉆具的輸出扭矩，但減速器的耐溫性能和工作壽命仍有待提高；液動沖擊器種類眾多，但仍存在壽命偏短的問題；蓄能式提速工具配合PDC鉆頭在花崗巖地層提速應用中也取得了一定的效果，但PDC鉆頭的抗沖擊能力仍是制約其應用的一大弱點。此外，除激光破巖鉆井外，還有等離子體鉆井、高壓脈沖放電鉆井、毫米波鉆井、水熱剝離鉆井等前沿鉆井技術(shù)，但大多處于理論與試驗研究階段，其提速經(jīng)濟效益與對花崗巖地層的適應性仍需進一步開展深入研究。