防斜打直技术的应用与研究

1、防斜打直技术的应用与研究防斜打肓技术的研究与丿应川屮原石油勘探局钻井三公司二00二年十一月r录 a/-一、刖1 二、12、井斜形成的原因1地层凶素1底部钻具弯曲1三、1、2、3、4、5、6、井斜控制技刚性满眼钻具组合防斜技2钟摆力3离心力防斜、纠斜技术3利用钻具弯曲防斜、纠斜技术3导向钻井防斜、纠斜技术3井下专用工作防斜、纠斜技术3四、1、2、3、4、5、防斜打直技术在现场的应 用技术的应用合防斜、纠斜技术的应用. 性钟摆纠斜钻具组合的应 用斜、纠斜钻具组合的应用. 力钻具防斜、纠斜技术的应用4塔式刚性钻具组合防斜4钟摆钻具组4柔4偏轴接头防5动5五、1、2、3、柴關堡卩i|陷井斜情况分析及防

2、斜措施5井斜情况统计5钻具结构及防斜效果分析7达1井二开防斜技术.8 /> 结论9参考文献9第1页共9页1、 刖s防斜打直一直是钻井工程施工的-道难题。井斜危害很人，井斜人了，对能造成钻探达 不到忖的，还会给钻井、完井、采油作业带來安全隐患。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。木文在总结吐哈、三塘湖盆地及准喝尔柴窝堡凹陷地 层及井斜特点的基础上，从理论和实践两方而探讨井斜控制技术，以期在以后的钻井施工 中更好地实施井身质量控制。二、井斜形成的原因钻井

3、实践表明：引起井斜的因素冇多种，冇地层因素，如地层倾角大，冇设备因素如井 口安装不止，还有钻具结构因索如底部钻具弯曲。其中影响井斜最基本因索是地层、底部 钻具弯曲。1. 地层凶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，曲于交界面处存在“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冇差异的，一般 來说，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。2. 底部钻具弯曲图1下部钻具“小车”模型fp第2页共9页根据w-b勃莱特雷提出的下部钻具小车

4、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z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：-ft二ff +fp+fb, （1）当ft指向上井壁吋，井斜就会增加；当ft指向下井壁时井斜就会降低；当ft二0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儿条思路：1）减少fp和fb等增斜凶索的影响。通过采用常规的刚性满眼钻具组合，提高底部钻具纽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。2

5、）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。3）将fp、fb和ff等增斜因索转化为降斜因素。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。三、井斜控制技术口前，国内外防斜打直技术归纳起來主要有：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。1、刚性满眼钻具组介防斜技术通过提高底部钻具纽合的刚性，减少钻具与井眼的间隙

6、，来捉高钻具的抗弯曲能力，最 人程度地减小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。其主要工具有扶止器、方钻铤、椭圆钻铤第3页共9页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。该技术只能采用辆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屮，使底部钻具在井内旋转过 程中，产生一个旋转离心力，使钻柱除了口转外，还冇一个周向公转，其结果使f

7、b和fp 的作用方向随钻具公转而同步变化，从而可从根木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索，因此，仍不能从根本上解决高陡构造、人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狈9,转变为 指向井眼下侧。h前常用的几种现场应用效果较好的钻貝组合有：柔性钟摆钻具组合

8、、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、纠斜井下专用工貝，第4页共9页女山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、防斜打直技术

9、在现场的应用屮原油山钻井三公司在西部各油区主要以以刚性满眼钻具和钟摆钻具防斜。在吐哈盆地 的巴喀、三塘湖马朗、条湖等高陡构造上也试验过偏心接头、柔性钟摆、动力钻具导向钻 进等防斜技术1、塔式刚性钻具组合防斜技术的应用在西部汕区，311mm以上尺寸（含311mni）井眼均采用由较人尺寸钻铤组成的塔式刚性 钻具组合：bi t+228mmdc x 9m+ 203mmdc x 18m+o 178mmdcx 27m吐哈盆地、三塘湖盆地实钻情况表叨，利川这钻具组合配以合理的钻井参数能够满足可 钻性好、倾角较小的表层钻井时的防斜耍求，井深800m （表层套管下深）以内一般能保证 井斜不超过1.50。，钻井速

10、度也比较快。2、钟摆钻具组合防斜、纠斜技术的应用在西部油区，直径小于311mm的井眼钻进时基本上采用钟摆钻具结构：bit+o178 （或 158） mmdcx18m+螺旋扶止器 +0178 （或 158） mmdcx9m+螺旋扶止器 + 178 （或 158） mmdc理论上讲，这种钻具组合防斜效果较差，但配合适当的钻圧（地层交界面处吊打）、勤 测斜、送钻均匀等技术措施仍可满足防斜要求，在吐哈盆地的温米、葡北、鄱善等构造上 运用效果比较理想。采用这种钻具组介主要出于这样的考虑：当同一口井的地层倾角变化较大时，在倾角较 小地层训采用止常钻压钻进，在地层倾角较人时或井斜角较人吋可减压吊打纠斜。在吐

11、哈 盆地丘陵、神泉等构造上取得了较为明显的效果。3、柔性钟摆纠斜钻具组合的应用吐哈盆地巴喀地区地层倾角大，造斜力强，采用常规钻具组合井斜增加较快，采取柔性 钟摆钻具组合纠斜效果明显，巴44井钻至1005in时井斜增第5页共9页至3. 8° ,采取柔性钟摆钻具组合钻至2023m时井斜降至2° ；巴49井采用该种钻具组 合钻进390m后井斜从4。降到0.5° ,取得较为满意的效果。井号井段（01）柔性钟摆钻具结构巴441005-20230 2159mmbit+e 178mmdcx 18m+0 215mm 扶 正器+4> 127mm加重钻杆x9m+ 215mm扶正

12、器+ e 178mmdcx81m+0 159mmdcx81m从巴491335-17254> 215.9mmbit+0 178mmdcx 18m+4> 215mm 扶 正器127mm加重钻ff x 9m+<t> 215mm扶正器+ 178mmdcx77m+0 159mmdcx79m从4、偏轴接头防斜、纠斜钻具组合的应用三塘湖盆地马朗构造地层倾角达30°，钻进中极易发生井斜，有多口井井斜严重超标。 我公司承钻的马12井钻至井深550m时井斜达到4° ,采用在近钻头处加一只偏心距为 8mm的偏心接头钻至1375m时，井斜降至1.70° ,效果非常

13、明显。5、动力钻具防斜、纠斜技术的应用三塘湖条湖构造也是一个高陡构造，该构造实测地层最人倾角达80°，也是防斜的一个 重点区块。我公司承钻的条5井钻至井深1900m时井斜增至8. 75° ,井底水平位移达到121m,从井深1979. 36m采用125度单弯螺杆+转盘钻进至 2076. 89m,井斜降为2. 80° ,效果非常好。五、柴窝堡凹陷井斜情况分析及防斜措施1、井斜情况统计取芯资料表明，柴窝堡地区多套地层倾角在35°以上，最高达60° ,柴参1井上仓房 沟群地层倾角为40° ,柴参2井1350m处地层倾角高达60°。从

14、实钻井斜情况可以看 出：该地区钻进过程中极易发生井斜，完成的几口井都不同程度地存在井斜，冇的甚至很 严重，最大的达到6° (见表2-表4) o第6页共9页井深(m)片斜(° )片深(m)丿1斛(° )井深(id)井斜 (°)井深(m)井斜 (° )井深(m)(50.25450.251070. 251480.6720803900.005150.165900.087400< 16940012112,5813153.2511903.5015605. 501715420305.0021256.3322501.0023752. 0026752282

15、51.7528702.42295028330302. 7530702井深(m)井斜(“)井济(m)井斜(° )井深(m)爪卜l )井深井斜(° )井樑(m)井余(° :50.67600751500. 583000.923900.9；6602.837201. 507802.509002.839654. 5(12653.3314104.0015003.6716503.q017102.2120901.6722101.0023001.1624000.9225100.9126751.0027752.1628552.5029152.67297526衣3柴参2井井斜情况井深片斜

16、(° )方位c ）井深（m）井斜c ）方位）井深井斜(° )方位(° )井(ji1510. 30172.313512.31182.323500.80156342510.1013413513.6618724500. 40152353510.0642.414504-8018625500.6083361510. 4135.215504. 2017426501.0025375510. 26109 116504.2016827501. 40338386510.61130.817502.4116428501.20327397511.62155.618502.001742950

17、2.80338408511.8014819501.2016930503.40339419511. 8416320501.5016031503.103564210511.60172. 421501.6015932502. 203544311511.80197. 322501.5016533172. 23944第7页共9页2、钻具结构及防斜效果分析（1）柴参1井钻具结构（见表5）开钻次序实际钻具结构钻井液巒度(g/cm5)钻压(km)1(p 14 1. 5m 钻 头+<p 24hnm 钻 铤 x .530m+(p 203mm 估铤 x 5398血十伞 ltsnuti 估x 5 1. 76m+

18、ip 127mm 钻 杆133mm方嗨杆口1081. 26206020 311.钻头+2 个(p 311.2m 次正器 f ip 203mm述钻铤 x 1 89金+申 311. 2mjti：ail：r+(p 241mi tvitit x 4530jtl+屮 203mm 钻铤 x63.21”(p 178m 钻铤 x 54 76m+® 127jun 钻卡1331m 方缶杆1.18 1. 25118-1773<p 215.9inn 钻 头+<p 178ml 钻铤 x82. 27m+(p 153mm 估很 x8222a+(p 116in>.钻袒 x5488m+®

19、127w 钻 杆133mm方钻杆1.15 1.504(p 119. 2jtijn 钻头+(p 120iutl 钻梃 x 135.73m+(p 8&nun 钻杆+(p 127jturi钻杆方钻杆1. 19 1. 20参1井防斜效果分析柴参1井使用的钻具组合除二开采用了满眼钻具外，其它都是使用常规塔式钻具组合。 由于井壁坍塌，井径扩大严重，二开的满眼钻具也未起到防斜作用。从井斜数据可以看 到，最大井斜为6。左右，常规钻具组合可以满足井斜控制要求，只是钻压校低，(1)311価 以上井眼一般小于12吨，钻速低。(2) 柴2井钻具结构(见表6)防斜效果分析柴2井使用的钻具组介的实际效果基本与柴参

20、1井类似，上部井段由于使用了大钻铤防 斜效果要好于柴参1井。(3) 柴3井钻具结构(见表7) 防斜效果分析柴参3井使用的钻具组介除二开采用了满眼钻具外，英它都是使用常规塔式钻具组介。 由于井壁坍塌，井径扩人严重，二开的满眼钻具也未起到有效作用，由于掉块严重，后期 也ju掉了扶正器。从井斜数据可以看到，最大第8页共9页井斜为4. 8。,常规钻貝组合对以满足井斜控制要求，只是钻压较低，4)311. 2mm以上 井眼一般小丁16吨，钻速低。叶钻 次序实际钻具结构钻井液密度(g/o3)钻压 (kn)1屮444. 5m 钻头十(p 279. 1mm钻铤x 2根十®241. 3mi根+申 203

21、.2顾 钻報x5 根+177. 8mm 钻铤 x 2 根+(p 127nun 钻杆。1. 05 1.1820-1002少 311. 2jtibi 钻头七申 311.执止器+(p 203. 2jiutl fe|h(p 31l2ml执正器十® 241. 3nun钮铤x2根十少311. 2mm *a 1 上器十(p 211. 3jrjn 钻逐 x 3 根十0 215. 9ml 钻铤x6根+q> 177.8ml钻逛x 3根+® 127>m钻杆口 1400m以后：ip 311. 2m 钻头+屮 279. lirm 钻铤 x2 根+半 241. 3mm 钻铤 x 1 根+申

22、 311. 2jnm 扶 i|-器+(p 241. 3»m 估铤 x3 根+(p 203. 2mm 钻铤 x6 根+<p 177.8jiun 钻铤 x 3 來+ <p 127mm 钻杆口1.161.4120180勿 100m100 1203<p 215. 9jtutl 钻头+ (p 177.8mm 钻 铤 x26；2m+® 158. 8m 拈铤 x 108. 98jl+(p 127mm 加i 屯钻 杆 x 5502bl+(p 127mi 钻杆1. 4080 120 ii漓3m 液/cid szk一1ml铤r1 心ir心.2nn 皑!2z 换2皿 仆.2644.5 4u2 & 4 铉 2 屮站x929钻xi k j o j 3 1 1o - o10122p3强p2jlun. +2mr 上t + 2 吟xillj g29.阀<3心29.jnjn2 tf- > n 2 8 p 头3.琰头m 钻229bmn排钻坤 皿坤7;俎mm根5 + 7 丿 5 3 aw.it7pa ;# >为；具1 -1 mh ix3 1 + 甘 3中 w扶根因w钻5 o.2 5.1 1801602 81041.1-3、达1井二开防