强造斜地层中直井钻井扶正器防斜工艺综合研究.doc

强造斜地层中直井钻井扶正器防斜工艺综合研究
关键词：强造斜地层，扶正器，设计优化，安装高度，工程实际运用
前言
直井钻井防斜，是现场经常碰到的难题之一。在钻直井时，如果井斜过大，会使井眼偏离地下设计目标，打乱油气田开发的布局。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，甚至偏离勘探目标。井打斜了，也给钻井工程本身增加了困难，甚至造成严重的井下故障。在斜井内，钻柱易靠在井壁一侧，旋转时发生严重摩擦，在井斜突变井段钻柱发生弯曲，易使钻柱和套管磨损，钻柱折断，套管脱落，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等故障，有时甚至被迫填井侧钻。井斜超标，也会影响固井质量，首先是造成下套管困难，同时套管下入后不易居中，这往往是造成固井窜槽、管外冒油冒气的原因之一。因此，直井防斜打快问题一直是油公司和钻井工作者十分关心的一个重要技术问题。
防斜技术自上世纪五十年代鲁宾斯基发表论述至今，经过数代人几十年的发展，已经有了长足的进步，早期只有光钻挺、塔式组合；钻柱稳定器产生后又形成了钟摆、满眼等钻具结构，在此基础上，发展了柔性、偏轴等特殊防斜钻具组合。随着定向技术的发展，以螺杆和随钻为主的导向钻井技术应用于防斜纠斜，在很大程度上避免了填井侧撞；近年来，自动垂直钻井技术得到了较好应用，但由于其技术含量、使用成本高，限制了使用的范围。易斜地区大多仍然采取常规防斜纠斜技术。在我国东部多个油田推广应用了自然造斜钻井技术，使易斜地区钻井速度得到了较大提高。

川东北典型地层简述与钻井技术
川东北钻遇的中上部地层普遍存在着地层倾角大（30°～60°），局部小褶皱多，自然造斜率较强（自然造斜率大于1°/100m）等特点，井身质量难以控制，尤其是井斜控制难度大。同时，地层古老、岩石坚硬、研磨性强、岩性多变、地层可钻性低（可钻性级值5～8），机械钻速普遍较低，导致钻井生产效率低下。
川东北防斜打快是井身质量控制的难点，而陆相地层是防斜打快的重点。如沙溪庙地层倾角大，须家河组研磨性强，又处于大井眼井段，防斜打快矛盾比较突出。进入海相地层，雷口坡组二段至嘉陵江组嘉4+5段砂泥岩互层频繁，地层倾角大，自然造斜力强，表现易斜特性。在易斜井段采用防斜功能最强的钻具组合，井斜仍有逐步上升趋势。如何处理好解放钻压提高速度和防斜打直这两方面成了川东北钻井的重要任务之一。从优化钻具结构、优选钻头和钻井参数着手，如采用钟摆、塔式钟摆、柔性钟摆钻具等，配合相应技术措施，既解放了钻压，大大提高了钻井速度，又满足了井身质量的要求。在陆相地层主要采用塔式钟摆钻具，配合合理的钻井参数来防斜打直。在井斜控制方面，大尺寸钻铤发挥了重要的作用，使用大尺寸钻铤成功地解决了陆相地层易斜的钻井难题。尤其二开需严格控制井斜，保持井斜处于较低值，为三开控制井斜创造良好条件。在海相地层，岩性为灰岩、白云岩、膏盐岩，可钻性较好，螺杆+PDC的应用为防斜打快增加了新的途径。
在无法使用垂直钻井和空气钻井等特殊钻井技术时，优化钻具组合和施工方案，可以在一定程度上解决防斜打快的难题。在区域构造比较明确的地区，设计自然造斜井，合理布置地面井位，正常钻进达到目的层，可以实现速度的较大突破。

防斜打快工艺技术
（一）常规防斜纠斜钻井技术
为了实现防斜目标，无论何种技术，归根结底核心是底部钻具类型和结构的选取。目前有效的常规防斜纠斜技术包含以下几种：
①以钟摆防斜为主的系列防斜技术；
②螺杆钻具组合防斜纠斜控制技术。

1．钟摆防斜技术:常规钟摆钻具是利用下部钻铤重量的横向分力使钻头压向下井壁，以达到逐渐减小井斜的效果。光钻铤是最简单的钟摆钻具，切点以下钻铤产生横向力，即钟摆力，用于纠斜。为了增加钟摆效果，使切点以下钻具更长，在底部钻具增加扶正器，扶正器以下钻铤在一定钻压下，不与井壁接触，产生较大的钟摆力。根据需要，底部钻柱可以有一个或两个钻柱稳定器。
钟摆防斜技术钻具包含4个方面组合：（1）大尺寸钻铤塔式钟摆钻具组合。
（2）柔性钟摆钻具组合。
(3)大钻压“钟摆”钻具组合。
(4)偏轴钟摆钻具组合。
上述几种钻具组合具有比常规钟摆钻具更优的防斜性能，但其本质仍属钟摆防斜技术范畴。钻具所能提供的降斜力是有限的，当地层倾角或各项异性较大，钻具所提供的降斜力不足以平衡地层造斜力时，井斜就会逐渐增加。但地层倾角较低，钻柱降斜力可以抵抗地层造斜力时，井斜控制可以见到较好成效。这就是为什么钻具性能不稳定，有时具有降斜特性，有时又表现稳斜或增斜特性的主要原因
2．螺杆钻具防斜纠斜技术：利用钟摆防斜原理，结合螺杆提供高转速的特性，辅之以转盘复合钻进，既可以防斜，又可以提高机械转速。
根据防斜、纠斜作用不同可分为两种情形：（1）复合钻进防斜打快（2）螺杆纠斜
采用螺杆的优点主要表现在以下几个方面：
①钟摆+螺杆钻井，施加的