石油定向井直井段防斜钻井技术探究

石油定向井直井段防斜钻井技术探究

张欣

胜利油田牛庄石油开发有限责任公司山东东营257000

摘要：石油定向井直井段钻井过程中，井斜问题是影响定向井钻井质量的主要因素。为了实现定向井直井段钻井的顺利完成，提高定向井施工质量，应采取有效的防斜钻井技术，来避免井斜问题给定向井施工所造成的不良影响，从而为实现油田高效开发奠定良好的基础。本文主要对石油定向井直井段防斜钻井技术进行了分析。

关键词：石油开发；定向井；直井段；防斜；钻井技术

引言

石油定向井钻井过程中，直井段的主要目的便是防斜打直，可以为后期定向工作奠定良好的问题。定向井直井段防斜钻井技术多种多样，本文主要对较为常用的几种技术进行了分析与探讨。

1相关技术分析

1.1定向井直井段防斜技术

（1）充分利用钟摆钻具组合具有较好的防斜、降斜能力，能够平衡和克服促进井斜的地层力，达到减小井斜，确保直井段打直打快的优点。在地层倾角较大的高陡地层，非常适用于钟摆钻具组合。（2）用PDC钻头钻进，利用螺杆钻具配合PDC钻头防斜、纠斜能力比钟摆钻具高的特点，为了兼顾直井段井身质量和机械钻速，可以将两者相结合，采用“复合”钟摆钻具组合。（3）根据现场实际情况，合理使用水力加压器，以达到减震、减少钻具弯曲、延长钻柱寿命，以便提供稳定钻压、提高机械钻速、提高防斜纠斜等的能力。（4）结合冲断片钻井实际，优选水力加压器+PDC钻头+螺杆钻具复合钟摆钻具，通过优化钻井参数，形成了该区块直井段防斜打直、打快技术。

1.2定向井定向段井眼轨迹平滑化设计技术

井眼轨迹主要受岩石特性、构造产状、钻速、钻具结构、钻井参数、钻头类型、检测方式等因素影响。以提高机速为核心，协调井眼轨迹控制、事故复杂预防和实现勘探开发目的的关系。其主要目的有：一是降低长泥岩段定向施工阻卡风险。因常规定向稳斜钻具结构以增斜为主，往往造成定向、稳斜施工过程频繁定向作业，尤其是在大斜度、长斜井段的情况下，易导致粘卡。通过适当调整井眼轨迹，缩短定向段。二是靶点以下井段呈微降斜趋势，以利于完井测井。三是提高斜井段机速，防止因机速慢导致井眼扩大。针对井眼轨迹控制难度大、问题多、定向施工托压严重增加事故风险、降低施工效率和延长完井、建井周期等，我们提出了定向段井眼轨迹平滑化设计技术。定向井段精确计算、预测和控制井眼轨迹趋势，采用低位、预留井斜3-5°入靶点，在现场钻井中得到了良好的应用效果。

1.3定向井稳斜段直螺杆稳斜钻井技术

影响井斜的主要原因有地层及各向异性、钻柱弯曲引起的钻头侧向力和钻头结构引起的各向异性等。地质环境因素我们只能认识并加以利用而不能改变。我们能够控制的是钻具组合、工艺参数（又称钻井措施）和钻头类型等三方面的因素。定向井稳斜段采取单弯螺杆来控制井斜有如下优点：一是利用单弯螺杆控制井斜比钟摆钻具更加稳定，防斜效果更加明显。二是单弯螺杆钻具不但能够控制井斜，而且能够获得更高的机械钻速，能有效解决钟摆钻具必须使用小钻压、低钻速的问题。用单弯螺杆来控制井斜，好比一种偏心钻具，充分利用单弯螺杆转动时产生的离心力以增加钻头部位的侧向力，达到降斜的目的[1]。

2定向井直井段井斜发生的原因

对钻井过程中井斜现象产生危害进入深入地了解之后应该采取有效的措施减小井斜角度。很多种原因都会引发井斜现象发生，主要的原因是受地下储层、钻井施工时钻柱发生弯曲致使钻头所承受的压力不一致。

2.1地下储层紧密程度的不同引发的井斜

（1）地下储层中可钻井性在不同方向所导致方向异性，不同的地层倾向，其可钻井性是不平均的。沉积岩所形成的地下储层在铅直方向的可钻性要好于其平行方向的同类地层，钻头在前进过程中碰到的地层如果钻进较为容易，就向着容易前进的方向继续钻进。在地下储层断面发生倾斜而斜角在45时，钻头就会离开原来的铅直下垂方向而产生偏离，偏离的方向会垂直于地层。（2）地下储层可钻性在地层水平方向上发生的变化。钻头在钻进过程中，在铅直方向和水平方向地下储层的可钻性随时都会产生变化，值得钻井作业人员关注的是在位于水平方向上变化具体是指在垂直于钻头轴线方向的可钻性发生的变化，钻头在较为紧密地下储层与相对松散地下储层的之间时，钻进的方向会更倾向于松散的更容易前进的地下储层。由此可见，地下储层的特性不同是导致可钻性发生变化的主因，这个现象是无法回避的。地下储层具有的特质会导致钻具产生弯曲变形从而引发井斜现象。

2.2钻具对的井斜影响因素

诱发井斜现象的原因，除了地下储层紧密程度不同引发的之外，就是钻具原因造成的。（1）井眼直径尺寸大于钻具，这种相互间尺寸的差异让钻具灵活性增加。钻具不会按着井眼的约束而按着即定的方向前进，所以对钻头前进方向的控制能力就大大降低，钻具前进方向产生的细微误差持续的积累就会引发井斜现象的发生。（2）钻井压力对钻具前进方向造成的影响。是由于在压力的条件下，钻具不会沿着原来设计的方向铅直向下，会向井壁的一侧方向产生倾斜，压力值增大到某数值之后钻柱会形成一定程度的弯曲，钻具所产生倾斜角度也会随之变大从而导致井斜现象的发生。

3相关措施

3.1应用满眼钻具组合，预防定向井直井段井斜问题

定向井直井段钻井过程中，出现井斜问题的主要原因包括：钻头上侧向力的影响，对井底产生了侧向切削；与井眼轴线相比较，钻头轴线出现了倾斜；钻头对井底产生影响，使其产生了不对称切削。只要有效解决上述问题，便可以预防定向井直井段井斜现象的发生。满眼钻具是一种特殊工具，其主要由一个外径较大的钻铤以及多个外径与钻头直径一致的稳定期组成。满眼钻具组合的作用原理为：满眼钻具的刚度相比光钻铤来说较大，可以将井眼填满，且在大钻压下，也不容易出现弯曲，能够确保钻具在井内保持居中，能够使钻头的偏斜角得到降低，最终能够减小甚至避免由于钻柱弯曲而导致的增斜力；与此同时，受到地层横向力的影响，稳定器可以支撑在井壁之上，避免钻头发生横向移动，也可以在钻头处出现纠斜力，来抵抗地层力。为了使满眼钻具组合具有良好的防斜作用，至少要在钻具上安装3个稳定器，在钻头上安装一个稳定器，还要在上面再安装两个，确保有三点可以接触井壁，并借助三点直线特性，来保证井眼的直线性，避免钻头出现横向移动。刚度大以及能够填满井眼是满眼钻具的两个优势，直井段之中，若是地层横向力较低，可以保持直眼钻进的时候，若是钻遇增斜地层，也可以实现对井斜变化率的有效控制，避免井斜的瞬时变化，确保井身质量[2]。

3.2应用钟摆钻具组合，预防定向井直井段井斜问题

应用钟摆钻具组合，也可以有效预防定向井直井段井斜问题的出现，钟摆钻具组合是一种专门的纠斜技术，结合刚性满眼钻具组合，便可以有效控制井斜。其原理在于：借助钟摆力的作用，钻头便会出现侧向切削力，且和井斜方向相反。通过应用钟摆钻具组合，可以使侧向切削与垂直切削的速度比值相应的有所提高。面对这样的情况，只能牺牲钻压，来降低垂直切削速度，以实现纠斜能力的提高，但这种方法会给钻井效率造成很大的影响。为解决这样的问题，可以在钻柱的下部安装一个扶正器，使其支撑在井壁上，悬空扶正器下部的钻柱，这时其便像是一个钟摆，产生了钟摆力，使钻头对井壁下侧进行切削，减少新钻井眼的井斜。

结束语

综上所述，为避免井斜问题给定向井钻井质量所产生的影响，应在定向井直井段施工过程中采用有效的防斜钻井技术。

参考文献：

[1]李国华.钻井井斜产生原因与预防对策[J].化工管理，2015（6）：139-139.

[2]张建.钻井工程中井斜产生的原因与预防探讨[J].化工管理，2017（35）.