直井防斜打快技术分析

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摘 要:钻井过程中影响井斜的因素很多,且井斜给钻井、完井等作业带来一系列的危害,并造成巨大损失。针对复杂深井钻井中多次出现井斜问题,目前在现场使用较多的除钟摆钻具和满眼钻具防斜技术外,主要发展了偏轴钻具防斜技术、螺杆钻具配合PDC钻头防斜技术等,但总体来看在直井防斜打快方面进展不大。国外近年来则研制了VDS、SDD、VertiTrak、PowerV等具有主动防斜能力的自动化井斜闭环控制系统,成功地解决了高陡构造、断层、盐层等情况下钻进时的井眼质量问题。复杂构造地区井斜问题非常普遍,因此应尽快开展新型防斜打快理论研究,研制新型工具和工艺技术势在必行。

关键词:钻井 防斜打快 钻具组合

中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0106-01

1防斜打快技术的研究

直井眼的防斜打快技术是目前国内外石油钻井急需的一项关键技术。国内以钟摆防斜降斜技术和偏轴防斜技术为主。但无法解决这一难题。国外的先进工具可以解决这一难题,但成本太高。预弯曲动力学防斜打快技术通过控制钻具组合的有序变形。利用其动力学行为实现防斜打快目的。本文认为这项技术有望成为未来实用的防斜打快新技术。

直井眼的防斜打直是困扰石油钻井界的一个非常重要的百年难题。尽管国内外许多专家、学者经过了不懈的努力,尽管国外已经出现了如VDS系统等新型主动性防斜打直技术,但对于国内外大多数油田来说,直井的防斜打快问题仍然困扰着人们,影响油田的勘探开发。究其原因,在于目前国内外还没有研究成功一种低成本的防斜打快技术。本文在分析国内外防斜打快技 术的研究现状的基础上,分析这种技术发展过程中存在的问题,探讨其发展趋势。

2被动防斜打直技术

钟摆钻具组合打直技术在众多防斜、纠斜打直技术中,能起到较好防斜、纠斜效果的钻井技术应该属于钟摆钻具组合打直技术,它可以适合各种地层倾角的地层。由于钻压小,虽然具有一定的防斜、纠斜作用,但它是以牺牲钻井速度和钻井效益为代价的。

满眼打直技术满眼打直技术是国内外被动防斜打直技术中使用较多的一项打直技术,其出发点是通过提高底部钻具组合的刚性、减少钻具与井眼的间隙,提高底部钻具组合的抗弯曲能力,来有效减少由于钻具组合弯曲造成的井斜。这种方法可以使用较大钻压,但只适合地层倾角较小的地层。

动力学防斜方法鉴于解放钻压和防斜打快目的,国内钻井界提出了偏心防斜打直技术和大钻压防斜打直技术,并在某些地区取得了成功。从原理上讲,我认为都应属于动力学防斜打直技术范畴。这两种方法的最大特点是突破了对底部钻具组合变形的限制,并利用底部钻具组合的变形和在井眼中的动力学行为来达到平衡地层造斜力的目的。这两种方法可以实现解放钻压的目的,使钻井速度得到了提高。但是由于在现场较难对钻具组合的动力学行为进行仿真研究,因而在现场推广中效果受到了影响。

3主动防斜打直技术

在研究被动防斜打直技术的同时,国外在主动式防斜打直技术方面进行了探索。主动防斜打直技术的出发点是通过自动控制或人为遥控控制的专用工具进行井眼轨迹的控制。这些工具或系统有VDS系统,SDD直井钻井系统,Baker Hughes公司的VertiTrak系统,Schlum．berger公司的PowerV系统等。这种技术可以较好地解决高陡构造地区的直井打直问题。惟一的不足是工具本身的成本很高,严重影响了这种方法的普及和推广。

对于我国绝大部分油田来讲,主动式防斜打快技术所用工具的成本太高,没有推广价值。因为当所使用的工具成本超过其所能接受的限度时,大部分井队都将回避这种方法。

4预弯曲动力学防斜打快钻井技术

被动式防斜打快技术的研究重点应集中在既能解放钻压又能防斜打直的低成本的防斜打快技术上,并针对钻柱变形不可避免的事实,利用钻柱的动力学行为进行井斜的有效控制。研究表明,这种技术可能成为今后一段时间内防斜打快技术的主流技术。我根据油田的实际需要,立足于解放钻压这一根本点,一反尽可能减小钻具组合变形的常规思路(钟摆法、满眼法等),充分利用钻具组合的变形特征,变不利因素为有利因素,提出了一种新的控制井斜理念和方法,这就是“用带预弯曲结构的钻具组合动力学特征进行的防斜打快钻井技术”,简称为“预弯曲动力学防斜打快钻井技术”。

这项技术的特征不同于目前已有的各种方法之处在于通过深入的理论分析,采用预弯曲结构来引导钻具组合的变形,使其在井眼中的动力学行为产生较大的降斜力,同时消除由于钻头指向不均匀造成的增斜力,从而达到防斜打快的目的。初步试验证明了这种技术的有效性,值得进一步攻关,钻井工程也急需这种技术得以应用。

5结语

(1)目前国内使用较多的钟摆防斜降斜技术以牺牲钻井效益为代价,以控制钻具组合变形为机理,实是无奈之举。

(2)国外的先进工具可以实现直井的防斜打快目的,但是其使用成本太高,不适合我国国情。

(3)偏轴防斜技术、大钻压防斜技术等属于动力学防斜打快技术范畴,但由于其无法对钻具组合的变形实现有序控制,影响了这种技术的适应性．现场实践充分证明了这一点。

(4)预弯曲动力学防斜打快技术采用预弯曲结构来引导钻具组合的变形,使其在井眼中的动力学行为产生较大的降斜力,同时消除由于钻头指向不均匀造成的增斜力,从而达到防斜打快的目的。

(5)预弯曲动力学防斜打快技术可以实现钻具组合变形的有序控制,这是这项技术不同于其他动力学方法的根本点。预弯曲动力学防斜打快技术将是低成本的被动式防斜打快技术的发展趋势。

参考文献

[1] 狄勤丰.上海:上海大学,上海市应用数学和力学研究所.

[2] 沈双平.西安:大庆石油勘探局钻井总公司.

[3] 邵建林.上海:上海大学理学院数学系.