钻井施工过程中防斜打直技术应用研究

钻井施工过程中防斜打直技术应用研究

常大勇　　中国石油大庆钻探工程有限公司钻井三公司

【摘　要】防斜打直一直是钻井工程施工的一道难题，钻井过程中因为出现井斜问题导致的危害很大，如果井斜大了，不仅可能造成钻探达不到目的，而且还会给钻井、完井、采油作业带来安全隐患。尤其是倾角较大的地层，井斜往往是制约钻井能否成功以及时效的一个主要因素。鉴于以往在部分地区构造（存在一套或者多套地层倾角）在钻进过程中井斜非常严重，导致钻井不成功的经验教训。本文在总结导致井斜出现原因的基础上，从理论和实践两方面探讨井斜控制技术，以期在以后的钻井施工中能更好地实施井身质量控制。【关键词】钻井施工；防斜打直；井斜控制技术

一、井斜形成的原因

钻井实践表明：引起井斜的因素有多种，有地层因素，如地层倾角大，有设备因素如井口安装不正，还有钻具结构因素如底部钻具弯曲。其中影响井斜最基本因素是地层、底部钻具弯曲。

1.地层因素

（1）层状地层对井斜的影响

在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交界处岩石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直层面发生破坏，因此井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，它对钻头施加一个横向作用力，把钻头推向地层的上倾方向，从而引起井斜。地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，则井斜也越大。

（2）地层各向异性对井斜的影响沉积岩层不同方向的物性和强度是有差异的。而钻头总是有向着容易钻进的方向前进的趋势，一般在平行于层理的方向上岩石破碎比较困难，在垂直与层理的方向上岩石破碎比较容易，当地层呈倾斜状态时这种自然趋势必然导致井斜，地层倾角越大（不超过45°），井斜越大。

（3）岩性软硬交错对井斜的影响当钻头从软地层进入硬地层时，一侧先遇到硬地层吃入少，一侧仍在软地层吃入多，致使钻头沿着地层上倾方向钻进；当钻头从硬地层进入软地层时，一侧先遇到软地层吃入多，一侧仍在硬地层吃入少，开始井眼有向地层下倾方向的趋势，但当钻出硬地层时在井壁一侧留下硬台阶，迫使钻头沿地层上倾方向钻进。

地层特性是井斜产生的根本原因，也是不可人为改变的客观因素。实钻数据也证实了地质因素对井斜的影响也越来越大。影响井斜的地质因素中，起主要作用的是地层倾角。如单从地质因素考虑，井斜角最大不会超过地层倾角。

2.底部钻具弯曲

钻进中在只考虑钻柱自转的情况下，当钻压较小时下部钻具保持直线稳定状态；当钻压增至某一临界值时下部钻具丧失稳定而发生弯曲，钻头及其相邻连接部分钻具的中心线偏离井眼轴线，使钻头与原井眼轴线产生一个钻头倾角，也会引起井斜。

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3.其他影响因素

井眼扩大对井斜的影响。钻头在井眼内左右移动，靠向一侧，钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。在钻遇断层、地层不整合界面时也容易发生井斜并常出现狗腿，在地质构造运动剧烈的破碎带，由于地层软硬交错，钻头工作不稳定，也容易发生井斜。

二、井斜的危害

在钻井施工方面，恶化钻具工作条件易发生疲劳破坏，易造成井壁坍塌和卡钻（键槽、粘附），易造成固井下套管困难和注水泥窜槽，或纠斜侧钻增加成本。此外，由于钻井施工时井斜问题的发生，在后续开发采油方面，井斜能打乱合理的地下井网和开发方案，影响采收率（形成死油区）；影响分层开采和注水工作的正常进行，对抽油井也会引起油管和抽油杆的磨损或折断。

三、防斜打直钻井技术

1.防斜打直钻具组合与技术手段（1）刚性满眼钻具组合防斜技术通过提高底部钻具组合的刚性，减少钻具与井眼的间隙，来提高钻具的抗弯曲能力，最大程度地减小FB和FP。该方法能有效地减小底部钻具弯曲引起的井斜，但没有纠斜能力，因此只适用于地层造斜趋势不很强的地层。其主要工具有扶正器、方钻铤、椭圆钻铤等。

（2）钟摆力纠斜技术

该技术一般与刚性满眼钻具配合使用进行井斜控制。其原理是利用钟摆力FP，使钻头产生与井斜方向相反的侧向切削作用，从而纠斜。该技术只能采用牺牲钻压以减少垂直切削速度的方法，以提高纠斜能力，但大大影响钻井效率。

（3）离心力防斜、纠斜技术

将专用井下偏心、偏轴工具按一定位置接到底部钻具组合中，使底部钻具在井内旋转过程中，产生一个旋转离心力，使钻柱除了自转外，还有一个周向公转，其结果使FB和FP的作用方向随钻具公转而同步变化，从而可从根本上消除钻具弯曲造成的井斜。该技术进行防斜钻进时，可能较高钻压钻进，有利于提高钻井效率，其防斜、纠斜效果也较好，但无法控制地层增斜因素，因此，仍不能从根本上解决高陡构造、大倾角

地层的井斜控制问题。

（4）利用钻具弯曲防斜、纠斜技术该技术改变了传统的控制钻具弯曲偏斜力FB和钟摆力FP的防斜的概念，而是将钻头倾角和侧向力转化为降斜因素加以利用，共同对抗地层造斜力Ff 。其方法是：采用柔性钻具结构改变底部钻具弯曲状态，使钻头侧向力和钻头倾角的方向由指向井眼上侧，转变为指向井眼下侧。目前常用的几种现场应用效果较好的钻具组合有：柔性钟摆钻具组合、双柔性钻具组合及柔性接头等。

（5）导向钻井防斜、纠斜技术

该技术是利用动力钻具导向钻进进行井斜控制。其防斜机理是靠弯外壳井下马达的偏轴作用，使底部钻具在井内旋转过程中产生一个旋转离心力，用于防斜。另外，井下马达配合PDC钻头进行导向钻进时，转速高、钻速高、钻压低，也有利于防斜；其纠斜是靠弯外壳井下马达滑动钻进实现的，因此，纠斜力强，可广泛应用于各级别地层造斜趋势情况下的防斜、纠斜。

（6）井下专用工作防斜、纠斜技术除上述防斜技术以外，国内外还开发了一些防斜、纠斜井下专用工具，如：国内的水力防斜工具和压不弯钻铤装置、贝克-休斯公司的VDS、SDD直井钻井系统等。

四、结论

井斜控制的实质是对钻头侧向力和钻头倾角的综合控制，施工中要使用合适的钻具结构，合理的钻井参数，均匀送钻，加强测斜监控；遵循地域、区块地层造斜规律并选用与之相应的经验方法，实现“防斜打快”，达到质量与高效的统一。

参考文献：

[1]高德利.井眼轨迹控制[M].东营:石油大学出版社，1994。

[2]白家祉,苏义脑.井眼控制理论与实践[M].北京:石油工业出版社，1990.