螺桿鉆具防斜打快技術分析

張偉

【摘要】井斜問題是影響鉆井井身質(zhì)量的關鍵因素，而目前鉆井中對井身軌跡提出了更高的要求，如何控制好井斜大小和井身軌跡的走向以及提高鉆井速度是鉆井的重要工作。利用常規(guī)鉆井技術不但很難滿足井身質(zhì)量的要求，而且嚴重制約了鉆井速度的提高。通過理論分析和實踐，利用動力鉆具配合高效鉆頭鉆井，可以大大地提高機械鉆速、縮短鉆井周期，尤其是防斜打直方面可以更好地控制井身軌跡。

【關鍵詞】動力鉆具 鐘擺鉆具 井身軌跡 防斜 打快

目前，普遍使用的防斜鉆具結(jié)構(gòu)主要有鐘擺鉆具組合、雙穩(wěn)定器滿眼鉆具、柔性防斜鉆具、偏軸防斜鉆具等等。通過力學分析，以上鉆具結(jié)構(gòu)都是依靠鉆具的鐘擺力來達到防斜和糾斜的效果。因此，鐘擺鉆具是在直井段鉆進中廣泛使用的，而且在普通的地層里，其防斜效果非常明顯，但在一些傾角較大的地層，其防斜能力較差，往往不能提高機械鉆速，而且井斜得不到控制。為提高鉆具結(jié)構(gòu)的防斜及糾斜效果，并提高機械鉆速，根據(jù)動力鉆具自身的特點，利用動力鉆具的高轉(zhuǎn)速帶動鉆頭高速轉(zhuǎn)動。實踐證明利用此鉆具組合，不用再采取小鉆壓吊打，不僅很好的控制了井斜也大幅度的提高了機械鉆速，縮短了鉆井周期，取得了較好的經(jīng)濟效果。

1 鉆井現(xiàn)狀

1.1 井身軌跡的嚴格要求

隨著大部分油田開發(fā)進入中后期，越來越多的采用大斜度定向井、大位移井來加密開發(fā)剩余油氣藏，這就對井身質(zhì)量提出了越來越高的要求，靶區(qū)半徑由原來的50-70m，縮小到了現(xiàn)在的20m，15m，甚至要求在10m半徑范圍內(nèi)，而且對井身軌跡提出了更高的要求，限制直井段井眼軌跡的位移，這是為了與老井眼進行防碰，也是為了將來能夠有足夠的空間布置新井位。

1.2 地質(zhì)條件的限制

在普通地層，采用鐘擺鉆具，可以很好地控制井斜，使井身軌跡達到設計要求。但是在深井、大傾角地層及易增斜地層，采用常規(guī)鉆具鉆進，雖然采取小鉆壓吊打的方式，但往往很難起到控制井斜及軌跡走向的目的，更是嚴重制約了鉆井速度，得不到很好的經(jīng)濟效益。

2 螺桿鉆具防斜及糾斜理論分析

其實，利用螺桿鉆具實現(xiàn)防斜和糾斜效果本質(zhì)上與使用鐘擺鉆具依靠鐘擺力實現(xiàn)降斜理論一樣，主要區(qū)別是在單位進尺內(nèi)螺桿鉆具可以帶動鉆頭高速轉(zhuǎn)動更多次數(shù)的橫向切削下井壁，以此來提高其糾斜能力。

螺桿鉆具的降斜理論，假設所鉆井段具有一定井斜，那么在鉆頭上一定存在側(cè)向力F，而地層除造斜力Fa及偏斜力Fb外，因螺桿上扶正器支撐著井壁，則鉆頭上還存在著鐘擺力Fc的作用。

則 F=Fa+Fb+Fc

根據(jù)上式，為了提高鉆具的降斜能力，應設法提高側(cè)向切削力F，而地層造斜力無法人為控制，要提高鉆具降斜能力只有調(diào)整鐘擺力Fc和偏斜力Fb，且使其受力方向一致。通過實踐，在直井防斜和糾斜過程中，利用螺桿的鐘擺力采用小鉆壓和吊打的措施可以達到理想的效果。

3 螺桿鉆具打快理論依據(jù)

在鉆井施工中，是通過轉(zhuǎn)盤與螺桿鉆具復合轉(zhuǎn)動方式進行鉆進。即是螺桿轉(zhuǎn)子本身在泥漿泵壓的作用下自動旋轉(zhuǎn)，同時轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)帶動鉆柱以及螺桿本體旋轉(zhuǎn)。此時，鉆頭實現(xiàn)復合轉(zhuǎn)動模式，即通過螺桿轉(zhuǎn)子的高速轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，同時又在轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動下旋轉(zhuǎn)。在這兩種轉(zhuǎn)動的雙重作用下，可以大幅度提高鉆頭的轉(zhuǎn)速。

假設使用常規(guī)鐘擺鉆具時機械鉆速A1（m/min），鉆頭轉(zhuǎn)速B1（r/min），而使用螺桿鉆具時機械鉆速A2（m/min），鉆頭轉(zhuǎn)速B2（r/min），通過實踐我們都知道在使用螺桿后鉆時和鉆頭轉(zhuǎn)速均會提高，那取單位進尺1m時使用常規(guī)鉆具和螺桿鉆時切削下井壁的次數(shù)：

常規(guī)鐘擺鉆具時的切削次數(shù)為：R1=（1/A1）×B1

使用螺桿鉆具時的切削次數(shù)為：

R2=（1/A2） ×B2

則R2/R1=（B2/A2）×（A1/B1）=（A1/ A2） ×（B2/B1）= γ

γ代表在單位進尺內(nèi)，使用螺桿鉆具鉆頭切削下井壁的次數(shù)是是常規(guī)鉆具切削下井壁次數(shù)的倍數(shù)。

根據(jù)經(jīng)驗分析知道：A1﹤A2；B2﹥B1，一般常規(guī)鉆具的鉆頭轉(zhuǎn)速B1=80r/min，而螺桿的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速一般40r/min，螺桿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速取350r/min.

則B2/B1=（350+40）/80=4.88

使用螺桿后機械鉆速一般可以提高50%～100%，即A2/A1=1.5～2

則γ=（A1/A2） ×（B2/B1）≈2.5～3.5

根據(jù)上式分析，使用螺桿鉆具時鉆頭切削下井壁的次數(shù)是使用常規(guī)鐘擺鉆具的2.5～3.5倍。而鐘擺鉆具的防斜和糾斜能力是通過鉆頭不斷旋轉(zhuǎn)切削下井壁實現(xiàn)的，由此可推論單位進尺下鉆頭旋轉(zhuǎn)切削下井壁次數(shù)的增加也即是鉆具防斜糾斜能力的增強。從γ值

可以看出，在使用螺桿鉆具后其防斜和糾斜能力至少是常規(guī)鉆具的2.5～3.5倍，在機械鉆速不提高時其糾斜能力達到最強，但在提高其機械鉆速后，螺桿鉆具的糾斜能力仍可以是普通鐘擺鉆具的2倍。

4 施工井例

（1）克拉瑪依油田某井在實際施工中分別采用了常規(guī)鉆具和螺桿鉆具鉆進其數(shù)據(jù)對比：

（2）例如勝利油田豐深1-斜1井。

在3350～3480m采用常規(guī)鐘擺鉆具鉆進，平均鉆時0.77m/h，井斜由1.95°增到了3.93°；在3480～3570m，采用螺桿+PDC鉆具組合鉆進，平均鉆時1.68m/h，井斜由3.93°降到了1.40°。

通過以上數(shù)據(jù)分析，在此地層PDC鉆頭+螺桿鉆具具有良好的糾斜效果，同時可以大幅度提高機械鉆速。

5 結(jié)論和認識

（1）利用螺桿的高轉(zhuǎn)速，在相同進尺下其切削下井壁的轉(zhuǎn)數(shù)是常規(guī)鉆具的數(shù)倍，鉆進中通過鉆壓使鉆頭靠近下井壁，可以達到很好的防斜效果，尤其在傾斜地層，效果明顯。

（2）選擇合適的螺桿型號和鉆頭類型，可以大幅度的提高機械鉆速某井愛你更低成本提高經(jīng)濟效益。

（3）面對國內(nèi)地層的復雜性，螺桿鉆具組合依然有其不足之處，還不能保證鉆成完美的垂直井眼，與國外開發(fā)研制的垂直鉆井系統(tǒng)、自動井斜控制的旋轉(zhuǎn)導向閉環(huán)系統(tǒng)還有很大差距。我們應根據(jù)地層特點和復雜性，研制出針對相應地層的鉆井工具和更優(yōu)的防斜打快工藝。

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