論鉆井過(guò)程中直井防斜打快技術(shù)研究

萬(wàn)長(zhǎng)明

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

一、復(fù)合鉆井提速機(jī)理

首先，鉆井提速需要考慮到很多方面的因素。影響機(jī)械鉆速的因素有很多，概括起來(lái)包括地層因素、鉆井液性能、機(jī)械參數(shù)、鉆頭類型、水力參數(shù)、井底壓差等。由于鉆頭選型和地層巖石性質(zhì)聯(lián)系比較緊密，在選用鉆頭時(shí)應(yīng)該有嚴(yán)格的要求，只有鉆頭選型與地層相匹配，在鉆頭人井后，才能提高鉆頭獲得的機(jī)械能量從而提高機(jī)械鉆速。

深井下部井段的地層埋藏很深，收到地上層的壓強(qiáng)過(guò)大，這樣就形成底部地層相互作用力大，在鉆井過(guò)程中，鉆頭所需的鉆井力也必須提高。若是一般的鉆井，由于很難達(dá)到力學(xué)要求，隨著鉆井深度的增加，鉆頭的磨損就會(huì)越來(lái)越大，最終導(dǎo)致無(wú)法作業(yè)，鉆井工作就不能繼續(xù)往下執(zhí)行。這樣一來(lái)，在深層的油田就無(wú)法開(kāi)采出來(lái)，造成人力和資源浪費(fèi)。所以，隨著井深的不斷增加，相應(yīng)的鉆井力和鉆頭強(qiáng)度都必須相應(yīng)的提高。要提高機(jī)械鉆速，就必須使鉆頭獲得較高的機(jī)械能量和水力能量。若只是單純的采用牙輪鉆頭配轉(zhuǎn)盤(pán)的常規(guī)鉆井技術(shù)，在實(shí)際做業(yè)中由于單只鉆頭進(jìn)尺過(guò)少、鉆頭用量過(guò)大、起下鉆次數(shù)過(guò)多等問(wèn)題，很難達(dá)到技術(shù)要求，且由于機(jī)械鉆速慢，大大降低了鉆井效率。為了解決這一大難題，科學(xué)家嘗試過(guò)了很多種技術(shù)，近幾年國(guó)內(nèi)油田在很多年前就已經(jīng)開(kāi)展了通過(guò)螺桿鉆具配高效PDC高效鉆頭以提高機(jī)械鉆速，并且獲得了較好的效果。

在研究與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明：在復(fù)合鉆井過(guò)程中，轉(zhuǎn)盤(pán)與螺桿鉆具聯(lián)合驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)能很大程度的提高鉆具的鉆速。按這種工作原理，螺桿鉆具自身的旋轉(zhuǎn)的同時(shí)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)鉆柱以帶動(dòng)螺桿定子的旋轉(zhuǎn)。在這2種旋轉(zhuǎn)的共同作用下，鉆頭的絕對(duì)轉(zhuǎn)速=螺桿鉆具轉(zhuǎn)速+轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速。事實(shí)上，配有PDC鉆頭螺桿的鉆具的復(fù)合鉆井方式之所以能夠提高機(jī)械鉆速，其主要原理就是通過(guò)提高鉆頭轉(zhuǎn)速，從而加大了鉆頭破巖的機(jī)械能量來(lái)實(shí)現(xiàn)快速破巖鉆進(jìn)。

二、復(fù)合鉆井防斜打快機(jī)理

影響井斜的因素也有很多，諸如地質(zhì)條件、操作技術(shù)、鉆具組合等及各方面的綜合性因素。首先，地質(zhì)因素是受自然環(huán)境長(zhǎng)期結(jié)果，對(duì)井斜的影響是客觀和不可控制的，因此這也是在選油井之前必須先考慮的一大因素，那么，我們就必須考慮到用人工可控制的因素去研究井斜快打，鉆具組合和操作技術(shù)是可以有機(jī)的結(jié)合在一起通過(guò)人工進(jìn)行技術(shù)控制，其中，鉆具組合時(shí)起決定性作用的，若應(yīng)用得當(dāng)，可以起到明顯的防斜和糾斜作用。常規(guī)的防斜組合主要有柔性鉆具、鐘擺鉆具、偏心鉆具、滿眼鉆具、偏重鉆具等。其中，鐘擺鉆具應(yīng)用的相對(duì)來(lái)說(shuō)較為廣泛。因?yàn)樗娣佬蹦芰图m斜能力一體控制，具有較好的反饋控制系統(tǒng)。所以是近些年應(yīng)用得最為廣泛的防斜鉆具組合之一。尤其是在普通地層和一些小型油田，其防斜效果非常明顯，但唯一的缺點(diǎn)就是在遇到高陡構(gòu)造地層，它的適用效果較差，因此問(wèn)題也就產(chǎn)生了：要提高易斜地層鉆具同時(shí)具備防斜糾斜的能力和獲得更高的機(jī)械鉆速就就必須先解決掉這個(gè)問(wèn)題。從復(fù)合鉆井防斜打快機(jī)發(fā)展以來(lái)，隨著螺桿鉆具性能參數(shù)和壽命的提高，直井防斜打快優(yōu)勢(shì)較為突出，近幾年在油田和工業(yè)上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用和普及。

三、復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

普光氣田322井是東北氣田中比較有代表性的油田。在遼寧省內(nèi)是國(guó)家重點(diǎn)扶持的大型油田。井型為直井，設(shè)計(jì)井深2963m，實(shí)際井深3042m，完井方式為298.44mm裸眼完井。普光322井所鉆遇地層的傾角雖然不大，約為22°，但所鉆地層各向異性大，而且鉆遇兩條高角度斷層，斷層傾角分別為68°、72°，井眼十分容易傾斜。在普光322井試驗(yàn)中應(yīng)用了復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)。利用專門(mén)的復(fù)合鉆井導(dǎo)向力計(jì)算軟件（SABHA）設(shè)計(jì)出了直徑為392.7mm和304.5mm井眼的復(fù)合鉆井防斜打快鉆具組合，并在隨后優(yōu)化設(shè)計(jì)了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)措施，還進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)。結(jié)果顯示表明： 復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)的應(yīng)用不但有效控制了井斜，更使機(jī)械鉆速得到了大幅度提升，可以說(shuō)是油氣鉆井中的一項(xiàng)大的突破和技術(shù)飛躍。

四、結(jié)論

1 復(fù)合鉆井防斜打快技術(shù)不僅僅在直井中能夠滿足防斜打快的各項(xiàng)指標(biāo)和要求,同時(shí)還兼具定向井軌跡的連續(xù)控制,以其合理的設(shè)計(jì)理論大幅度的提高鉆井速度,從而減少起下鉆次數(shù)和工作量。

2 采用螺桿鉆具配PDC鉆頭的復(fù)合鉆井方式最能夠從根本上提高機(jī)械鉆速，在各種地質(zhì)環(huán)境下工作性能及質(zhì)量都?jí)蚝芎玫赝瓿?，特別在提高鉆頭破巖的機(jī)械能量，能達(dá)到更高的接卸效率，在中大型油田以及深度較大油井表現(xiàn)更有優(yōu)越性。

3 現(xiàn)在好多油田公司都才有了帶雙穩(wěn)定器的連續(xù)導(dǎo)向鉆具組合，它具有在任一工具面角條件下滑動(dòng)鉆進(jìn)時(shí)對(duì)鉆井有很大的優(yōu)勢(shì)，它也可以通過(guò)穩(wěn)定器的導(dǎo)向性獲得很大的導(dǎo)向力,但與配有PDC鉆頭的鉆井方式相比較，它的局限性也更加突出，尤其是在復(fù)合鉆井時(shí)，要綜合性考慮，導(dǎo)向力也不單單由穩(wěn)定器一個(gè)提供，他還包括鉆具組合結(jié)構(gòu)和井斜角的大小;特別是在小井鉆井防斜條件下,這種導(dǎo)向力很大程度上體現(xiàn)為很大的防斜力。

4 除了雙穩(wěn)定器和PDC鉆具能夠很大程度的獲得導(dǎo)向力和提高鉆具轉(zhuǎn)速，同樣，合理設(shè)計(jì)鉆具組合結(jié)構(gòu),也能夠很好地進(jìn)行井眼軌跡的連續(xù)控制，提高鉆具壽命和生產(chǎn)效率。本文得出的通過(guò)對(duì)復(fù)合鉆井合導(dǎo)向力規(guī)律研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合理的鉆具結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具有很好的指導(dǎo)作用，是操作人員的鉆具的把握更具人性化，也大大降低了安全隱患。

5 在考慮到提速防斜的各種因素，對(duì)地質(zhì)狀況、現(xiàn)有鉆機(jī)設(shè)備和鉆井狀況進(jìn)行綜合性的研究分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)之后證明：選用合適的螺桿鉆具和鉆頭組合，同樣能夠滿足特定地層尤其是深層地質(zhì)條件下的鉆井要求，并能達(dá)到很高的鉆井質(zhì)量。

[1]狄勤豐，吳裕祿，石向前.預(yù)彎曲動(dòng)力學(xué)防斜打快技術(shù)初探[J].石油學(xué)報(bào)，2003.

[2]狄勤豐.滑動(dòng)式導(dǎo)向鉆具組合復(fù)合鉆井時(shí)導(dǎo)向力計(jì)算分析[J].石油鉆采工藝，2000.