“防斜打直”技術(shù)在鉆井過程中的應(yīng)用

摘 要：我國(guó)石油企業(yè)在人們需求增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，不斷地應(yīng)用新技術(shù)和新手段，對(duì)石油鉆井技術(shù)進(jìn)行嘗試和實(shí)踐應(yīng)用，其中也包括“防斜打直”鉆井技術(shù)，它主要是針對(duì)鉆井過程中存在的井斜傾向進(jìn)行控制，在對(duì)國(guó)內(nèi)外井斜控制理論的研究和調(diào)研基礎(chǔ)上，成功地在鉆井作業(yè)中解決了斷層、高層環(huán)境下井眼的質(zhì)量問題。本文在對(duì)井斜的影響因素分析之下，探討“防斜打直”技術(shù)在鉆井過程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：“防斜打直”技術(shù)；石油；鉆井工程；應(yīng)用；

文章編號(hào)：1674-3520（2015）-05-00-01

我國(guó)的石油資源儲(chǔ)藏豐富，為了滿足人們的需求，需要進(jìn)行高效的油藏勘探和挖鉆，但是，由于受自然、地理等條件的限制，我國(guó)的鉆井工程相當(dāng)艱巨，在不斷的摸索和實(shí)踐過程中，“防斜打直”技術(shù)成為我國(guó)鉆井工程中的關(guān)鍵性技術(shù)，它在防斜、糾斜方面的技術(shù)性措施，極大地控制了井斜的問題，相當(dāng)程度上保證了鉆井的效率。

一、井斜在石油鉆井工程中的危害

井斜偏差過大，會(huì)極大地影響地質(zhì)勘探工作，出現(xiàn)意料不到的情況，使地質(zhì)測(cè)量工作產(chǎn)生誤差，不僅有可能漏掉油氣層，也很可能干擾油氣田開發(fā)方案，造成不可彌補(bǔ)的危害。同時(shí)，井斜質(zhì)量問題還對(duì)鉆井工程造成破壞和影響，尤其是在深井中，鉆頭會(huì)由于井斜而出現(xiàn)卡鉆事故、套管困難等現(xiàn)象，由于井管安裝不直、井管下不到底，使填礫厚度不均、不實(shí)，造成井后涌砂、出混水；還會(huì)在后續(xù)的采油工藝中影響井下開采，如：抽油桿斷裂、管漏、扶正器損壞、下封隔器密封不好而影響注水工作等。

二、井斜的影響因素分析

井斜的影響因素是多方面的，它主要受地質(zhì)因素和地面鉆井因素的影響，具體闡述如下：

（一）地質(zhì)影響因素。1、地層各向異性構(gòu)造影響。它是指在同一地下沉積層內(nèi)，不同維度上的強(qiáng)度而產(chǎn)生的差異，由于巖層的機(jī)理不同，有平行方向的，也有垂直方向的，一般來說，垂直方向的鉆頭易產(chǎn)生偏差，不穩(wěn)定而產(chǎn)生井斜，而水平方向的鉆頭則由于巖層不易破碎，因而穩(wěn)定性較好，不易產(chǎn)生井斜。2、大傾角地層構(gòu)造影響。由于沉積地層存在大傾角及斷層等地質(zhì)情況，因而鉆頭在非均等面切削作用下，產(chǎn)生不平衡的鉆進(jìn)狀態(tài)，導(dǎo)致鉆頭偏離原井眼軸線，產(chǎn)生“小變向器”作用，這一作用隨地層傾角的角度增大而增強(qiáng)，井斜的程度也越大。3、巖層軟硬交錯(cuò)構(gòu)造影響。由于沉積巖層的軟硬度不同，鉆頭在由軟地層向硬地層鉆進(jìn)，或者由硬地層向軟地層鉆進(jìn)時(shí)，會(huì)因?yàn)榈貙榆浻渤潭炔煌?，鉆頭產(chǎn)生“小變向器”作用，在軟硬界面處形成“狗腿”。

（二）地面鉆具影響因素。地面所配的鉆具組合對(duì)井眼也有影響，在鉆進(jìn)過程中，鉆壓和轉(zhuǎn)速是主要參數(shù)之一，如果下部的鉆具組合在較大的鉆壓下產(chǎn)生彎曲變形，則很容易使鉆頭偏離軸線，導(dǎo)致井斜；或者下部的鉆頭雖然沒有彎曲，但是改變了原來的作用方向，產(chǎn)生了一個(gè)傾斜角，也會(huì)間接導(dǎo)致井斜。

當(dāng)然，還有一些其他的影響因素，如：設(shè)備質(zhì)量、操作水平、“防斜”措施不當(dāng)?shù)?，這些因素相對(duì)而言，是可以避免和預(yù)防的。

三、“防斜打直”技術(shù)的應(yīng)用研究

在我國(guó)的石油鉆井工程中，“防斜打直”技術(shù)是亟需解決的關(guān)鍵性技術(shù)，是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)課題，一直以來困擾著我國(guó)的油田勘探開發(fā)建設(shè)，目前，我國(guó)以“鐘擺防斜降斜”技術(shù)和“偏軸防斜”技術(shù)為主，分為“被動(dòng)防斜打直”技術(shù)和“主動(dòng)防斜打直”技術(shù)兩類。

（一）“被動(dòng)防斜打直”技術(shù)。1、鐘擺鉆具組合“防斜打直”技術(shù)適用于不同地質(zhì)巖層，由于其鉆壓小，能夠起到較好的防斜、糾斜效果，它的主要降斜機(jī)理是“鐘擺效應(yīng)”，依據(jù)鉆具是遵循最垂直的方向而運(yùn)動(dòng)的特性，用側(cè)向力切削井壁，從而提高鉆井速度。例如：在伊朗KRHDASHT區(qū)塊的第三口探井GR.E-1井，就采用了這種鐘擺鉆具組合，在傾角大、巖層變化頻繁的地質(zhì)構(gòu)造中，有利于其部分解放鉆壓，提升效果。由于KRHDASHT地層的上部較為疏松，可以使用鐘擺鉆具降斜效果好的優(yōu)勢(shì)，采用這項(xiàng)組合技術(shù)，它采用9根11′的鉆鋌，增強(qiáng)底部的鐘擺重量，同時(shí)由于實(shí)踐應(yīng)用中使用了11′的鉆鋌，環(huán)空間隙較小，在高轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的離心力合力，有效地控制了井斜。2、滿眼打直技術(shù)。這種技術(shù)適用范圍較窄，只適用于地層傾角較小的地層，它是通過增強(qiáng)底部鉆具的剛性，來提升鉆具組合的抗彎曲能力，從而達(dá)到降斜、糾斜的目的。3、動(dòng)力學(xué)防斜、糾斜技術(shù)。這種方法由于缺乏相關(guān)動(dòng)力學(xué)的仿真性研究，因而盡管這種技術(shù)也可以解放鉆壓，但是欠缺現(xiàn)場(chǎng)推廣的條件和環(huán)境，無法進(jìn)行普及性的應(yīng)用。

（二）“主動(dòng)防斜打直”技術(shù)。這種技術(shù)通過自動(dòng)或人工控制，運(yùn)用專用工具進(jìn)行鉆井井眼軌跡的控制，這些專用工具有VDS系統(tǒng)、VertiTrak系統(tǒng)和PowerV系統(tǒng)等，這些專用工具較好地解決了井斜的質(zhì)量問題。但是，由于其成本較高，也嚴(yán)重制約了這種技術(shù)的普及和推廣。下面，主要介紹兩種系統(tǒng)專用技術(shù)：

AutoTrak旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)。它是一種可以對(duì)鉆柱進(jìn)行定向控制的新型鉆井工具，它主要由非旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向套筒、信號(hào)接收和發(fā)射工具組成，在鉆井工程實(shí)踐應(yīng)用中，它可以通過對(duì)鉆井參數(shù)的調(diào)整，對(duì)井下的井眼軌跡進(jìn)行控制，它無須滑動(dòng)鉆進(jìn)，無須彎接頭，也不存在控制面的問題，可以極大提高鉆具的鉆速。在我國(guó)的川科1井鉆井工程的第二次開鉆井段，就應(yīng)用了這一技術(shù)，取得了較好的降斜效果。

PowerV垂直鉆井技術(shù)系統(tǒng)。它是全自動(dòng)化的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向垂直鉆井系統(tǒng)，它在鉆進(jìn)過程中解放鉆井參數(shù)，用井下密封系統(tǒng)和高精度井斜方位測(cè)量?jī)x器，進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)整，通過促動(dòng)儀器使井斜部位迅速返回垂直，適用于地層傾角大于40。的大傾角地層。它由上端的電子控制部分和下端的機(jī)械部分組成，使鉆頭始終朝向井眼的低邊位置，保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的平滑和延續(xù)。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的川東北地區(qū)得到了成功的應(yīng)用，有效地解決了高陡地層構(gòu)造的“防斜打直”問題。

四、結(jié)束語

由于地質(zhì)巖層的不同構(gòu)造情況，使鉆井工程不可避免地要遇到井斜的問題，為了保證較高機(jī)械鉆速，對(duì)井斜進(jìn)行控制，使其井斜角不超過技術(shù)參數(shù)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，需要采取關(guān)鍵性的技術(shù)，而“防斜打直”技術(shù)就是有效進(jìn)行控制井斜的措施之一，它在鉆井工程應(yīng)用中，通過綜合性的運(yùn)用，有效地解放了鉆壓，提高了鉆井速度。

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