論鉆井過程中直井防斜打快技術研究

萬長明

（長江大學石油工程學院，湖北 荊州 434023）

一、復合鉆井提速機理

首先，鉆井提速需要考慮到很多方面的因素。影響機械鉆速的因素有很多，概括起來包括地層因素、鉆井液性能、機械參數、鉆頭類型、水力參數、井底壓差等。由于鉆頭選型和地層巖石性質聯系比較緊密，在選用鉆頭時應該有嚴格的要求，只有鉆頭選型與地層相匹配，在鉆頭人井后，才能提高鉆頭獲得的機械能量從而提高機械鉆速。

深井下部井段的地層埋藏很深，收到地上層的壓強過大，這樣就形成底部地層相互作用力大，在鉆井過程中，鉆頭所需的鉆井力也必須提高。若是一般的鉆井，由于很難達到力學要求，隨著鉆井深度的增加，鉆頭的磨損就會越來越大，最終導致無法作業，鉆井工作就不能繼續往下執行。這樣一來，在深層的油田就無法開采出來，造成人力和資源浪費。所以，隨著井深的不斷增加，相應的鉆井力和鉆頭強度都必須相應的提高。要提高機械鉆速，就必須使鉆頭獲得較高的機械能量和水力能量。若只是單純的采用牙輪鉆頭配轉盤的常規鉆井技術，在實際做業中由于單只鉆頭進尺過少、鉆頭用量過大、起下鉆次數過多等問題，很難達到技術要求，且由于機械鉆速慢，大大降低了鉆井效率。為了解決這一大難題，科學家嘗試過了很多種技術，近幾年國內油田在很多年前就已經開展了通過螺桿鉆具配高效PDC高效鉆頭以提高機械鉆速，并且獲得了較好的效果。

在研究與現場實驗表明：在復合鉆井過程中，轉盤與螺桿鉆具聯合驅動鉆頭鉆進能很大程度的提高鉆具的鉆速。按這種工作原理，螺桿鉆具自身的旋轉的同時轉盤旋轉鉆柱以帶動螺桿定子的旋轉。在這2種旋轉的共同作用下，鉆頭的絕對轉速=螺桿鉆具轉速+轉盤轉速。事實上，配有PDC鉆頭螺桿的鉆具的復合鉆井方式之所以能夠提高機械鉆速，其主要原理就是通過提高鉆頭轉速，從而加大了鉆頭破巖的機械能量來實現快速破巖鉆進。

二、復合鉆井防斜打快機理

影響井斜的因素也有很多，諸如地質條件、操作技術、鉆具組合等及各方面的綜合性因素。首先，地質因素是受自然環境長期結果，對井斜的影響是客觀和不可控制的，因此這也是在選油井之前必須先考慮的一大因素，那么，我們就必須考慮到用人工可控制的因素去研究井斜快打，鉆具組合和操作技術是可以有機的結合在一起通過人工進行技術控制，其中，鉆具組合時起決定性作用的，若應用得當，可以起到明顯的防斜和糾斜作用。常規的防斜組合主要有柔性鉆具、鐘擺鉆具、偏心鉆具、滿眼鉆具、偏重鉆具等。其中，鐘擺鉆具應用的相對來說較為廣泛。因為它兼防斜能力和糾斜能力一體控制，具有較好的反饋控制系統。所以是近些年應用得最為廣泛的防斜鉆具組合之一。尤其是在普通地層和一些小型油田，其防斜效果非常明顯，但唯一的缺點就是在遇到高陡構造地層，它的適用效果較差，因此問題也就產生了：要提高易斜地層鉆具同時具備防斜糾斜的能力和獲得更高的機械鉆速就就必須先解決掉這個問題。從復合鉆井防斜打快機發展以來，隨著螺桿鉆具性能參數和壽命的提高，直井防斜打快優勢較為突出，近幾年在油田和工業上得到越來越廣泛的應用和普及。

三、復合鉆井防斜打快技術現場實驗

普光氣田322井是東北氣田中比較有代表性的油田。在遼寧省內是國家重點扶持的大型油田。井型為直井，設計井深2963m，實際井深3042m，完井方式為298.44mm裸眼完井。普光322井所鉆遇地層的傾角雖然不大，約為22°，但所鉆地層各向異性大，而且鉆遇兩條高角度斷層，斷層傾角分別為68°、72°，井眼十分容易傾斜。在普光322井試驗中應用了復合鉆井防斜打快技術。利用專門的復合鉆井導向力計算軟件（SABHA）設計出了直徑為392.7mm和304.5mm井眼的復合鉆井防斜打快鉆具組合，并在隨后優化設計了詳細的現場試驗措施，還進行了現場校驗。結果顯示表明： 復合鉆井防斜打快技術的應用不但有效控制了井斜，更使機械鉆速得到了大幅度提升，可以說是油氣鉆井中的一項大的突破和技術飛躍。

四、結論

1 復合鉆井防斜打快技術不僅僅在直井中能夠滿足防斜打快的各項指標和要求,同時還兼具定向井軌跡的連續控制,以其合理的設計理論大幅度的提高鉆井速度,從而減少起下鉆次數和工作量。

2 采用螺桿鉆具配PDC鉆頭的復合鉆井方式最能夠從根本上提高機械鉆速，在各種地質環境下工作性能及質量都夠很好地完成，特別在提高鉆頭破巖的機械能量，能達到更高的接卸效率，在中大型油田以及深度較大油井表現更有優越性。

3 現在好多油田公司都才有了帶雙穩定器的連續導向鉆具組合，它具有在任一工具面角條件下滑動鉆進時對鉆井有很大的優勢，它也可以通過穩定器的導向性獲得很大的導向力,但與配有PDC鉆頭的鉆井方式相比較，它的局限性也更加突出，尤其是在復合鉆井時，要綜合性考慮，導向力也不單單由穩定器一個提供，他還包括鉆具組合結構和井斜角的大小;特別是在小井鉆井防斜條件下,這種導向力很大程度上體現為很大的防斜力。

4 除了雙穩定器和PDC鉆具能夠很大程度的獲得導向力和提高鉆具轉速，同樣，合理設計鉆具組合結構,也能夠很好地進行井眼軌跡的連續控制，提高鉆具壽命和生產效率。本文得出的通過對復合鉆井合導向力規律研究與實驗發現，合理的鉆具結構對現場具有很好的指導作用，是操作人員的鉆具的把握更具人性化，也大大降低了安全隱患。

5 在考慮到提速防斜的各種因素，對地質狀況、現有鉆機設備和鉆井狀況進行綜合性的研究分析和現場實驗之后證明：選用合適的螺桿鉆具和鉆頭組合，同樣能夠滿足特定地層尤其是深層地質條件下的鉆井要求，并能達到很高的鉆井質量。

[1]狄勤豐，吳裕祿，石向前.預彎曲動力學防斜打快技術初探[J].石油學報，2003.

[2]狄勤豐.滑動式導向鉆具組合復合鉆井時導向力計算分析[J].石油鉆采工藝，2000.