浅析钻井工程施工中引起井斜的因素及控制技术.doc

浅析钻井工程施工中引起井斜的因素及控制技术 防斜打直一直是钻井工程施工的一道难题。井斜危害很大，井斜大了，可能造成钻探达不到目的，还会给钻井、完井、采油作业带来安全隐患。特别是大倾角地层，井斜往往是制约钻井速度的主要因素。 柴窝堡构造有多套地层倾角均在30以上，在钻进过程中井斜非常严重，井斜控制是柴窝堡地区钻井能否成功的关键之一。本文在总结吐哈、三塘湖盆地及准噶尔柴窝堡凹陷地层及井斜特点的基础上，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更好地实施井身质量控制。 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。 地层因素 层状结构的沉积地层由于存在地层倾角和地层不均质性而导致井斜。 在倾斜的层状地层中钻进时，由于交界面处存在“小变向器”的作用，把钻头推向地层的上倾方向，从而引起井斜；同时，沉积岩层在不同方向的物性和强度是有差异的，一般来说，垂直层面方向岩石的强度低，可钻性高，钻头总要沿着破碎阻力最小的方向前进，当地层倾斜时就必然会导致井斜。 底部钻具弯曲 FH FB W P FP FW 图1 下部钻具“小车”模型 根据WB勃莱特雷提出的下部钻具小车模型（如图1），在有一定井斜的井眼内，钻头上的横向偏斜力FH为弯曲引起的偏斜力FB和钟摆力FP的向量之和，同时考虑钻头与岩石的相互作用，则钻头上总的横向偏斜力等于地层造斜力Ff、弯曲偏斜力FB和钟摆力FP三部分的向量和 → → → → FTFf FPFB（1） 当FT指向上井壁时，井斜就会增加；当FT指向下井壁时井斜就会降低；当FT0时，即钻头上的合力指向与井眼轴线重复时井斜就会稳定不变。 基于公式（1），减少底部钻具弯曲有以下几条思路 减少FP和FB等增斜因素的影响。通过采用常规的刚性满眼钻具组合，提高底部钻具组合的刚性和抗弯曲能力，减少钻具与井眼的间隙，以最大程度地减少FP和FB。 消除FP和FB等增斜因素的影响。采用偏轴、偏心钻具组合使底部钻具产生公转，从而使FP和FB的作用方向随着公转而发生变化，从根本上消除钻具弯曲造成的井斜。 将FP、FB和Ff等增斜因素转化为降斜因素。利用特殊的柔性钻具组合来改变钻具弯曲状态，从而将FP、FB、Ff等的作用方向转化为降斜方向，这样既能消除底部钻具造成的影响。 井斜控制技术 目前，国内外防斜打直技术归纳起来主要有刚性满眼钻具组合防斜技术、钟摆力纠斜技术、离心力防斜纠斜技术，利用钻具弯曲防斜纠斜技术、导向钻井防斜纠斜技术及井下专用工具防斜纠斜技术等。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 3