浅谈钻井防斜技术

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摘要：在钻井过程中,井斜给钻井工程带来一系列的危害,并造成巨大损失。要想控制直井井眼绝对不斜，是不可能的。问题在于能否控制井斜的度数或者井眼的曲率在一定范围之内。本文主要探讨井斜的原因以及在现场中控制井斜的措施与方法，这对合理化的钻井有非常重要的意义。

关键词：钻井防斜钻具

井斜是钻井工作中一个较为普遍的问题 ,它直接影响着钻井井身质量和钻井度。钻井作业不但要求钻速快，而且要求井身质量好。井身质量的好坏是油气井完井质量的前提和基础。它直接关系到泊气田的勘探和开发工作是否成功。

1 井斜的危害

（1）对勘探开发的影响

对于勘探工作来说，井斜大了会使井深发生误差，使所得的地质资料不真实；同时，由于井底远离设计井位，会错过油气层，造成勘探工作的失误，这对断块小油气田显得格外重要；如果井斜过大，也会打乱油气田开发的布井方案。

（2）对钻井施工的影响

如果井斜过大，恶化了钻柱工作条件，钻柱易发生疲劳破坏；易造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故；井斜过大，造成下套管困难，套管下入后不易居中，会直接影响固井质量，往往造成面井窜槽和管外冒油、冒气。

（3）对采油工艺的影响

井斜过大会直接影响分层开采及分层注水工作的正常进行，如下封隔器因难、封隔器密封不好等；抽油井常引起油管和抽油扦的磨损和折断，甚至造成严重的井下事故。

2 井斜的原因分析

（1）地质因素对井斜的影响。

地质条件是产生井斜的重要原因，一般影响井斜的地质因素有:地层倾角、层状结构、各向异性、岩性的软硬交错以及断层等。人们提出了许多理论，来解释地质因素导致井斜的原因，其中最本质的是递呈的可钻性的不均匀性和地层的倾斜两个因素。这种地层可钻性的不均性表现许多方面，再与地层倾斜相结合，导致井眼倾斜。

（2）下部钻具对井眼弯曲的影响

导致钻具的倾斜和弯曲的原因一般有以下几点：首先，由于钻具直径小于井眼直径 钻具和井眼之间有一定的间隙，所以钻具在井眼内活动余地很大，这就给钻具的倾斜和弯曲创造了空间条件。其次，由于钻压的作用下部钻具受压后必将靠向井壁一侧而倾斜，当压力超过一定值后，钻柱将发生弯曲，弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具倾斜更大。

下部钻具弯曲引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削，新钻的井眼将偏离原井眼方向；下部钻具弯曲使钻头受到测向力的作用，迫使钻头进行测向切削，也使新钻的井服将偏离原井眼方向，如图所示。产生下部钻具弯曲的原因主要是钻具和井眼之间有一定的间隙，钻具有弯曲的空间，当压力超过一定值后，钻柱将发生弯曲。

图1 钻头不对称切削导致井斜

3 井斜的控制措施

3.1 钟摆钻具组合控制井斜。

钟摆钻具原理如图2所示，当钟摆摆过一定角度时，在钟摆上会产生一个向回摆的力 Gc，称作钟摆力， 。显然，钟摆摆过的角度越大，钟摆力就越大。如果在钻柱的下部适当位置加一个扶正器，该扶正器支撑在井壁上，使下部钻柱悬空，则该扶正器以下的钻柱就好像一个钟摆，也要产生一个钟摆力。此钟摆力的作用是使钻头切削井壁的下侧，从而使新钻的井眼不断降斜。

图2 钟摆钻具原理图

（1） 钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。井斜角大则钟摆力大，井斜角等于零，则钟摆力也等于零。所以，钟摆钻具组合多数用于对井斜角已经较大的井进行纠斜。

（2） 钟摆钻具组合的性能对钻压特别敏感，钻压加大，则增斜力增大，钟摆力减小。钻压再增大，还会将扶正器以下的钻柱压弯，甚至出现新的接触点，从而完全失去钟摆组合的作用!所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压。

（3） 在井尚未斜或井斜角很小时，要想继续钻进而保持不斜，只能减小钻压进行“吊打”，由于“吊打”钻速很慢，所以这时多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才使用钟摆钻具组合进行“吊打”。

（4） 扶正器与井眼间的间隙对钟摆钻具组合性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应及时更换或修复。

3.2 满眼钻具组合控制井斜

从上述对井斜原因的分析可知，井斜的原因可归结为：钻头对井底的不对称切削； 钻头轴线相对于井眼轴线发生倾斜；钻头上侧向力导致对井底的侧向切削，我们防斜的措施就是要想办法克服这三个原因，满眼钻具组合就是这样设计的。

（1） YXY组合的结构

YXY组合一般包括四个扶正器，如图3所示，自下而上依次为：近钻头扶正器；中扶正器；上扶正器；第四扶正器。

（2） 满眼钻具组合的使用需要注意的问题：

在已经发生井斜的井内使用满眼钻具组合并不能减小井斜角，只能做到使井斜角的变化（增斜或降斜）很小或不变化。所以满眼钻具组合的主要功能是控制井眼曲率+ 而不能控制井斜角的大小。

使用满眼钻具组合的关键在于一个“满”字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。在使用中应使间隙尽可能小。设计间隙一般为0.8―1.6mm。在使用中，因扶正器的磨损，间隙将增大。当间隙达到或超过两倍的设计值时，应及时更换或修复扶正器。

保持“满”的另一个关键在于井径不得扩大。这要求有好的钻井液护壁技术，但即使钻井液护壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才会发生。只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，则仍可保持“满”的效果。这就要求加快钻速。我国现场技术人员将此概念总结为“以快保满，以满保直”。

在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。

4 结束语

今后,在借鉴国外防斜工具及防斜工艺技术的基础上,结合国内各油田自身的地质特点,还应重点在研制新型防斜工具和钻柱力学分析方面投入人力和财力进行系统地研究,以求得在防斜工艺技术上的突破与发展。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。