石油鉆井施工中產(chǎn)生井斜角原因及預防措施探討

沈黎陽

摘要：鉆井工程中井斜角的產(chǎn)生具有必然性，隨鉆科技不斷發(fā)展，越來越多的先進儀器和工藝都將應用到鉆井工程生產(chǎn)中，特別是隨鉆儀器的出現(xiàn)，使人們從被動防斜變?yōu)橹鲃臃佬?，它不僅能夠及時監(jiān)測到井斜的變化趨勢，還能有效地進行糾斜，保證井身質(zhì)量，值得進行推廣應用。

關鍵詞：石油;鉆井施工;井斜角

在鉆井施工的時候，井斜角總會產(chǎn)生，我們在對所鉆井井斜角產(chǎn)生原因進行分析的基礎上，才能采用有利的技術措施，進行防斜打直，保證井斜角在鉆井工程設計規(guī)定的范圍之內(nèi)。

1石油鉆井井斜角產(chǎn)生原因

1.1地層因素

石油鉆井主要是對地層進行鉆探，因此井斜角的產(chǎn)生和大小與地層因素是息息相關的，這主要表現(xiàn)在下面幾點：一是地層的各向異性。地層在幾億年，甚至幾十億年的沉積過程中并不是都一樣硬度的，因此就會產(chǎn)生軟硬交錯，這種軟硬交錯的地層不僅表現(xiàn)在地層的垂直方向上，也表現(xiàn)在地層的水平方向上，一旦鉆井施工應用的鉆頭遇到這樣的軟硬交錯的地層，那么鉆頭就會改變原來的行進軌跡，朝著比較軟的方向前進，使井斜角產(chǎn)生，并且逐漸增大，最后危及鉆井施工安全。二是地層傾角。地層傾角和地層的各向異性一樣，都是地層在沉積過程中普遍存在的現(xiàn)象，在地層沉積的長期過程中，由于沉積環(huán)境的變化和上覆巖層壓力的不同，地層就會產(chǎn)生傾角，這種地層傾角從零點幾度、幾度，甚至幾十度不等，當石油鉆井應用的鉆頭鉆遇到這樣本身帶有地層傾角的地層的時候，鉆頭就會沿著地層傾角的方向前進，最后使井斜越來越大。

1.2工程因素

對工程因素進行論述，地層因素是內(nèi)因，而工程因素是外因。工程因素主要也表現(xiàn)在兩個方面：一個是石油鉆井所應用的鉆具組合選擇不合理。在鉆具組合的選擇的時候，主要是沒有根據(jù)施工的井型和地層進行系統(tǒng)的鉆具組合優(yōu)化，下部應用的大鉆鋌比較少，使鉆具比較柔軟，不能滿足鉆井施工的需要，一旦這樣的鉆具組合應用到石油鉆井當中就會發(fā)生鉆具本身彎曲，進而引起井斜角的產(chǎn)生。二是使用的工程參數(shù)不夠合理，所有的工程參數(shù)對井斜角影響最大的是鉆壓，當使用的鉆壓超過所應用的鉆具所能承受的最大鉆壓的時候，就會引起鉆具組合發(fā)生一次彎曲、甚至二次彎曲和三次彎曲，這樣就會是最前面的鉆頭偏離原來的軌跡而產(chǎn)生井斜角。

1.3其他因素

井斜角的發(fā)生除了上面的地層因素和工程因素這兩個主要的因素以外，還有一些其它方面的因素。比如操作人員的素質(zhì)，不按照規(guī)定的參數(shù)進行施工，想怎么施加鉆壓就怎么施加鉆壓，一點責任心都沒有，造斜井斜角產(chǎn)生。還有就是鉆井工程設備安裝存在誤差，在進行設備安裝的時候沒有保證天車、轉(zhuǎn)盤面和井口在統(tǒng)一的垂直線上，使井眼一開鉆就出現(xiàn)了偏斜，這些都是產(chǎn)生井斜角的一些因素。

2井斜預防措施

2.1優(yōu)化鉆具組合、施工參數(shù)

在石油鉆井施工過程中，如果想把井斜角控制在規(guī)定的范圍以你，就首先要從鉆具組合來入手，進行鉆具組合的優(yōu)化設計，根據(jù)不同的鉆井施工層位和施加的不同鉆壓，保證所設計的鉆具組合不發(fā)生彎曲，避免井斜角超過規(guī)定的設計范圍。目前應比較成熟的鉆具組合主要由塔式鉆具組合、鐘擺鉆具組合和滿眼鉆具組合，每個鉆具組合都有其不同的特點，對施工參數(shù)都有特殊的要求，因此在進行鉆井施工過程中，必須要根據(jù)優(yōu)選好的鉆具組合來合理的施加鉆壓等施工參數(shù)，這樣才能有效防止井斜角過大，影響鉆井施工安全。

2.2利用先進儀器工具防斜

隨著石油鉆井工程技術的不斷發(fā)展與進步，能夠應用到井下施工作業(yè)的一些先進的儀器與工具都被研發(fā)出來，并投入到現(xiàn)場應用當中，這其中就包括防斜儀器與工具。目前我們比較常用的防斜儀器與工具就是單彎螺桿鉆具和MWD無線測斜儀器，把螺桿和儀器連接到鉆具組合當中，不僅可以時時的監(jiān)測井斜的變化范圍，還可以隨時進行降斜作業(yè)，變被動防斜為主動防斜，實現(xiàn)井斜角的有效控制。還有一種更為先進的儀器（垂直鉆井系統(tǒng)），該能夠能夠在旋轉(zhuǎn)的情況對井斜角實時進行調(diào)整，不僅實現(xiàn)了智能自動化防斜，還能提高鉆井施工效率。

2.3應用先進工藝防斜

對于那些地層傾角特別大，常規(guī)鉆具組合和防斜措施難以起到作用的地層，就需要應用先進的儀器與工藝進行主動防斜。隨著科技的不斷進步，目前隨鉆儀器已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，可以應用隨鉆儀器+單彎螺桿鉆具進行主動防斜，這種鉆具組合不僅可以隨時監(jiān)測井斜角的變化情況，還能根據(jù)變化情況進行及時糾斜操作，保證井斜角在設計范圍內(nèi)。還有比隨鉆儀器更為先進的垂直鉆井系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過地面的參數(shù)設置，能夠自動進行糾斜，實現(xiàn)防斜、糾斜智能、自動化。

2.4鉆具組合優(yōu)化設計

在石油天然氣鉆井工程中，我們最長應用的鉆具組合主要為三種，塔式鉆具組合、鐘擺鉆具組合和滿眼鉆具組合，在這三種鉆具組合當中具有防斜、糾斜當屬于鐘擺鉆具組合和滿眼鉆具組合。

鐘擺鉆具組合一般有2個扶正器組成，有大鐘擺和小鐘擺之分，大鐘擺組成為鉆頭+2根鉆鋌+螺旋扶正器+1根鉆鋌+螺旋扶正器，小鐘擺組成為鉆頭+1根鉆鋌+螺旋扶正器+1根鉆鋌+螺旋扶正器，鐘擺鉆具組合主要具有防斜與糾斜功能，當井斜有出現(xiàn)的時候，第一個扶正器下面的組合就像一根鐘擺一樣，產(chǎn)生一根很大的恢復力，使井眼盡可能地恢復到垂直狀態(tài)。在實際的使用過程中鐘擺鉆具組合受施加的鉆壓影響比較大，當施加的鉆壓高于極限鉆壓后將會使下部鉆具發(fā)生彎曲，這個時候的鐘擺鉆具組合不但沒有防斜與糾斜功能，還可能變成增斜鉆具，使井斜增加很快，因此如果使用鐘擺鉆具組合一定要控制好施工參數(shù)，必要的時候可以使用輕壓吊打，這樣才能有效地發(fā)揮鐘擺鉆具防斜、糾斜功能。

滿眼鉆具組合在設計的時候要遵循下面幾項原則，一個是最小間隙，這也就是滿眼鉆具的由來，在滿足其它施工條件的情況要求鉆具組合中使用的扶正器尺寸與井眼尺寸之間的間隙最小;二是要滿足剛度的要求，也就是滿眼鉆具組合一般要有3個扶正器及其以上，并且第一個扶正器與第二個扶正器之間要配合短鉆鋌，這樣才能使下部鉆具組合具有非常大的剛性。滿眼鉆具組合由于具有比較大的剛性和比較小的間隙，因此在鉆井施工過程中能夠很好地扶正鉆頭，保證鉆頭處于垂直狀態(tài)下，達到防斜的目的。

結語

在鉆井施工過程中，由于各種原因的影響，必然要產(chǎn)生井斜角，一旦井斜角超過規(guī)定的范圍，那么將會給鉆井施工帶來嚴重的影響，因此要對井斜角產(chǎn)生的機理進行詳細的分析，然后在現(xiàn)有技術條件下制定防止井斜角產(chǎn)生的施工技術措施，這樣才能有效地保證井斜角在規(guī)定的范圍，實現(xiàn)鉆井施工安全。

參考文獻：

[1]羅祎。鉆井施工中井斜角產(chǎn)生及控制措施探析[J].化工管理，2019（15）：168.

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