舒寧

摘 要： 鉆井過程中影響井斜的因素很多，且井斜給鉆井、完井等作業(yè)帶來一系列的危害，并造成巨大損失。防斜打直技術(shù)是石油鉆井一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)鉆井中多次出現(xiàn)井斜問題，國(guó)內(nèi)使用較多的除鐘擺鉆具和滿眼鉆具防斜技術(shù)外，發(fā)展了偏軸鉆具防斜技術(shù)、螺桿鉆具配合PDC鉆頭防斜技術(shù)等，近年來又?jǐn)U大了VDS、SDD、VertiTrak、PowerV等具有主動(dòng)防斜能力的自動(dòng)化井斜閉環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，成功地解決了高陡構(gòu)造、斷層、鹽層等情況下鉆進(jìn)時(shí)的井眼質(zhì)量問題。

關(guān)鍵詞： 鉆井；防斜打直；鉆具組合；鉆速

前 言

勝利油田地處渤海灣，石油資源豐富，油藏類型復(fù)雜多樣，如何實(shí)現(xiàn)高效勘探開發(fā)，一直是石油工作者不斷探索的課題。其中：石油鉆井施工中的防斜打直問題一直是困擾鉆井施工的難題之一，如果井斜控制不當(dāng)，不斷達(dá)不到預(yù)期的開發(fā)目的，而且容易造成重大井下事故。地質(zhì)因素（地層傾角、層狀結(jié)構(gòu)、斷層、軟硬交錯(cuò)等）和工程技術(shù)因素（鉆具結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)參數(shù)等）均會(huì)導(dǎo)致井斜，嚴(yán)重井斜是制約鉆井速度的關(guān)鍵。經(jīng)過多年研究探索和試驗(yàn)，已經(jīng)初步掌握了一整套傳統(tǒng)的防斜打直理論和技術(shù)，根據(jù)井斜控制原理及控制能力的不同，防斜打直技術(shù)分為被動(dòng)防斜技術(shù)及主動(dòng)防斜技術(shù)。國(guó)內(nèi)以鐘擺防斜降斜技術(shù)和偏軸防斜技術(shù)為主，國(guó)外出現(xiàn)了如VDS系統(tǒng)等新型主動(dòng)性防斜打直技術(shù)。本文重點(diǎn)分析了目前防斜打直技術(shù)現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)，探討了發(fā)展趨勢(shì)。

1 被動(dòng)防斜打直技術(shù)

包括鐘擺鉆具、剛性滿眼鉆具、偏重（心）鉆具等組合。特點(diǎn)是利用鉆具組合（BHA）自身的受力和變形特性，不借助其它外部因素（如井下測(cè)量和控制系統(tǒng)等）防斜，因而也稱為BHA防斜打直技術(shù)。在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，這種技術(shù)應(yīng)用效果不理想。（1）鐘擺鉆具組合。包括塔式鉆具、普通鐘擺鉆具、柔性鐘擺鉆具等。在眾多防斜、糾斜打直技術(shù)中，它可以適合各種地層傾角的地層。鐘擺鉆具主要用于糾斜，其糾斜原理是利用BHA自重產(chǎn)生的“鐘擺力”，使鉆頭處產(chǎn)生與井斜方向相反的側(cè)向切削作用。缺點(diǎn)是無法避免鉆頭傾角的增斜因素，同時(shí)為提高糾斜效果，只能盡量降低鉆壓，影響了鉆井速度和鉆井效益。（2）剛性滿眼組合。包括滿眼鉆具、方鉆鋌、橢圓鉆鋌等。滿眼打直技術(shù)是國(guó)內(nèi)外被動(dòng)防斜打直技術(shù)中使用較多的一項(xiàng)打直技術(shù)，其出發(fā)點(diǎn)是通過提高底部鉆具組合的剛性、減少鉆具與井眼的間隙，提高底部鉆具組合的抗彎曲能力，來有效減少由于鉆具組合彎曲造成的井斜。這種方法可以使用較大鉆壓， 缺點(diǎn)是只適合地層傾角較小的地層。沒有糾斜能力，井斜后不能用來糾斜。（3）動(dòng)力學(xué)防斜方法。鑒于解放鉆壓和防斜打快目的，提出了偏心防斜打直技術(shù)和大鉆壓防斜打直技術(shù)，并在某些地區(qū)取得了成功。這兩種方法的最大特點(diǎn)是突破了對(duì)底部鉆具組合變形的限制，并利用底部鉆具組合的變形和在井眼中的動(dòng)力學(xué)行為來達(dá)到平衡地層造斜力的目的。實(shí)現(xiàn)了解放鉆壓的目的，使鉆井速度得到了提高。但由于在現(xiàn)場(chǎng)較難對(duì)鉆具組合的動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行仿真研究，在現(xiàn)場(chǎng)推廣中效果受到了影響。（4）偏心鉆鋌鉆具組合。偏重鉆具是在普通鉆鋌的一側(cè)鉆一排孔眼，造成一邊輕一邊重，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，鉆具每轉(zhuǎn)動(dòng)一周就有一次離心力和鐘擺力的重合，這種合力對(duì)井眼井壁產(chǎn)生沖擊削力，從而抑制井斜的產(chǎn)生。（5）FG型防斜工具。鐘擺鉆具、滿眼鉆具、偏心鉆具等防斜鉆具組合在特定的條件下起到了一定的防斜作用，但其防斜效果受鉆井操作參數(shù)的影響較大，有時(shí)不得不降低鉆進(jìn)速度以求得到較小的井斜率。為了解決上述問題，勝利等設(shè)計(jì)了FG新型復(fù)合式高效防斜工具。FG型防斜工具能夠在任何鉆壓下正常鉆進(jìn)，同時(shí)具有良好的防斜能力。由于其外筒是不受壓的圓筒，不存在受壓失穩(wěn)的問題。同時(shí)，由于其具有較大的剛度和特殊的結(jié)構(gòu)，所以鉆壓引起的彎曲變形很小，鉆頭旋轉(zhuǎn)一周的側(cè)向力平均值與鉆壓大小基本無關(guān)。FG型防斜工具是基于鉆頭公轉(zhuǎn)防斜原理設(shè)計(jì)的，而這種公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是靠其自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，與離心力無關(guān)，能夠以任何轉(zhuǎn)速正常鉆進(jìn)。使用FG型防斜工具，可以通過調(diào)整鉆壓及彈簧剛度設(shè)定鉆柱傳給鉆頭的最大扭矩，避免鉆頭牙齒承受超過其負(fù)荷能力的扭矩，可有效地保護(hù)鉆頭并延長(zhǎng)其工作壽命。

2 主動(dòng)防斜打直技術(shù)

包括垂直鉆井系統(tǒng)（VDS）、直井鉆井系統(tǒng)（SDD），均帶有井下測(cè)量?jī)x器和自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)對(duì)直井井斜連續(xù)測(cè)量和控制，代表著目前防斜打直的最高水平。主動(dòng)防斜打直技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是通過自動(dòng)控制或人為遙控控制的專用工具進(jìn)行井眼軌跡的控制。這些工具或系統(tǒng)有VDS系統(tǒng)，SDD直井鉆井系統(tǒng)，Baker Hughes公司的VertiTrak系統(tǒng)，Schlum.berger公司的PowerV系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)近年來采用“金剛石鉆頭或HJ系列牙輪鉆頭+小度數(shù)彎外殼馬達(dá)（螺桿、渦輪）+轉(zhuǎn)盤鉆”技術(shù)來防斜打直。這些技術(shù)可以較好地解決高陡構(gòu)造地區(qū)的直井打直問題。惟一的不足是工具本身的成本很高，嚴(yán)重影響了這種方法的普及和推廣。

3 防斜打直技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，使用PDC鉆頭小鐘擺鉆具，在出現(xiàn)井斜后往往不糾斜，反而成為強(qiáng)增鉆具結(jié)構(gòu)。因此對(duì)于易斜地區(qū)盡量采用塔式鉆具結(jié)構(gòu)，小鉆壓鉆進(jìn)為宜。對(duì)于易斜地區(qū)，使用PDC鉆頭盡可能不采用鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)。（1）柔性大鐘擺鉆具，大鉆壓防斜鉆進(jìn)。這種柔性鐘擺鉆柱組合，如果施加大鉆壓，穩(wěn)定器以下與穩(wěn)定器之間都易形成與井壁接觸的切點(diǎn)，因而適于用大鉆壓打直井段。使用這種鉆具組合，鉆壓要大（2 6 0～3 0 0 k N），轉(zhuǎn)速要快（最好大于200rpm），鉆頭選用具有外切削能力且保徑能力強(qiáng)的鉆頭。在鉆進(jìn)中每鉆完一根單根都要提起來劃眼，劃眼只劃下單根，不劃上單根，劃眼一定要控制速度慢劃（特別是在硬地層）。采用自浮式測(cè)斜儀勤測(cè)斜，發(fā)現(xiàn)井斜有增大或超標(biāo)的趨勢(shì)，可以在每個(gè)單根最后1m進(jìn)行吊打，也可以鉆進(jìn)一段后吊打4～5根單根。（2）剛性大鐘擺鉆具，大鉆壓糾斜鉆進(jìn)。這種剛性鐘擺鉆具組合，穩(wěn)定器下的鐘擺段較長(zhǎng)，而穩(wěn)定器之間的鉆鋌由于剛度大，在大鉆壓下切點(diǎn)不易與井壁接觸，故用大鉆壓打降斜段?？紤]到PDC鉆頭一般用小鉆壓（60～100kN）吊打，為防斜打直，可采用鐘擺鉆具結(jié)構(gòu)。牙輪鉆頭優(yōu)選滿眼鉆具，也可使用塔式鉆具或鐘擺鉆具，在減小井眼曲率，保證套管好下的同時(shí)，可加大機(jī)械參數(shù)。（3）偏軸鉆具組合，大鉆壓防斜/糾斜鉆進(jìn)。偏軸鉆具具有防斜和糾斜功能，在相同條件下可使用較大鉆壓（比普通鐘擺鉆具的鉆壓大），有利于在較大傾角地層實(shí)現(xiàn)防斜打快。此外，還使用了PDC鉆頭+螺桿鉆具進(jìn)行防斜鉆進(jìn)，也有較好效果，但其限制條件是：有的地層不能用PDC鉆頭；螺桿鉆具使用造價(jià)較高且壽命較短。

4 結(jié)束語

（1） 目前使用較多的鐘擺防斜降斜技術(shù)降低了鉆井速度，以控制鉆具組合變形為機(jī)理。（2）國(guó)外的先進(jìn)工具可以實(shí)現(xiàn)直井的防斜打快目的，使用成本高。（3）偏軸防斜技術(shù)、大鉆壓防斜技術(shù)等屬于動(dòng)力學(xué)防斜打快技術(shù)范疇，突破了對(duì)底部鉆具組合變形的限制，實(shí)現(xiàn)了解放鉆壓的目的，使鉆井速度得到了提高。總之，防斜打直是鉆井作業(yè)過程中關(guān)鍵的一環(huán)，控制好井斜才能獲得高質(zhì)量的井身質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付勝利，高德利.FG型防斜工具的設(shè)計(jì)研究.石油學(xué)報(bào)，2005（3）.