“防斜打直”技術在鉆井過程中的應用

摘 要：我國石油企業在人們需求增長的趨勢下，不斷地應用新技術和新手段，對石油鉆井技術進行嘗試和實踐應用，其中也包括“防斜打直”鉆井技術，它主要是針對鉆井過程中存在的井斜傾向進行控制，在對國內外井斜控制理論的研究和調研基礎上，成功地在鉆井作業中解決了斷層、高層環境下井眼的質量問題。本文在對井斜的影響因素分析之下，探討“防斜打直”技術在鉆井過程中的應用。

關鍵詞：“防斜打直”技術；石油；鉆井工程；應用；

文章編號：1674-3520（2015）-05-00-01

我國的石油資源儲藏豐富，為了滿足人們的需求，需要進行高效的油藏勘探和挖鉆，但是，由于受自然、地理等條件的限制，我國的鉆井工程相當艱巨，在不斷的摸索和實踐過程中，“防斜打直”技術成為我國鉆井工程中的關鍵性技術，它在防斜、糾斜方面的技術性措施，極大地控制了井斜的問題，相當程度上保證了鉆井的效率。

一、井斜在石油鉆井工程中的危害

井斜偏差過大，會極大地影響地質勘探工作，出現意料不到的情況，使地質測量工作產生誤差，不僅有可能漏掉油氣層，也很可能干擾油氣田開發方案，造成不可彌補的危害。同時，井斜質量問題還對鉆井工程造成破壞和影響，尤其是在深井中，鉆頭會由于井斜而出現卡鉆事故、套管困難等現象，由于井管安裝不直、井管下不到底，使填礫厚度不均、不實，造成井后涌砂、出混水；還會在后續的采油工藝中影響井下開采，如：抽油桿斷裂、管漏、扶正器損壞、下封隔器密封不好而影響注水工作等。

二、井斜的影響因素分析

井斜的影響因素是多方面的，它主要受地質因素和地面鉆井因素的影響，具體闡述如下：

（一）地質影響因素。1、地層各向異性構造影響。它是指在同一地下沉積層內，不同維度上的強度而產生的差異，由于巖層的機理不同，有平行方向的，也有垂直方向的，一般來說，垂直方向的鉆頭易產生偏差，不穩定而產生井斜，而水平方向的鉆頭則由于巖層不易破碎，因而穩定性較好，不易產生井斜。2、大傾角地層構造影響。由于沉積地層存在大傾角及斷層等地質情況，因而鉆頭在非均等面切削作用下，產生不平衡的鉆進狀態，導致鉆頭偏離原井眼軸線，產生“小變向器”作用，這一作用隨地層傾角的角度增大而增強，井斜的程度也越大。3、巖層軟硬交錯構造影響。由于沉積巖層的軟硬度不同，鉆頭在由軟地層向硬地層鉆進，或者由硬地層向軟地層鉆進時，會因為地層軟硬程度不同，鉆頭產生“小變向器”作用，在軟硬界面處形成“狗腿”。

（二）地面鉆具影響因素。地面所配的鉆具組合對井眼也有影響，在鉆進過程中，鉆壓和轉速是主要參數之一，如果下部的鉆具組合在較大的鉆壓下產生彎曲變形，則很容易使鉆頭偏離軸線，導致井斜；或者下部的鉆頭雖然沒有彎曲，但是改變了原來的作用方向，產生了一個傾斜角，也會間接導致井斜。

當然，還有一些其他的影響因素，如：設備質量、操作水平、“防斜”措施不當等，這些因素相對而言，是可以避免和預防的。

三、“防斜打直”技術的應用研究

在我國的石油鉆井工程中，“防斜打直”技術是亟需解決的關鍵性技術，是國內外研究的重點和難點課題，一直以來困擾著我國的油田勘探開發建設，目前，我國以“鐘擺防斜降斜”技術和“偏軸防斜”技術為主，分為“被動防斜打直”技術和“主動防斜打直”技術兩類。

（一）“被動防斜打直”技術。1、鐘擺鉆具組合“防斜打直”技術適用于不同地質巖層，由于其鉆壓小，能夠起到較好的防斜、糾斜效果，它的主要降斜機理是“鐘擺效應”，依據鉆具是遵循最垂直的方向而運動的特性，用側向力切削井壁，從而提高鉆井速度。例如：在伊朗KRHDASHT區塊的第三口探井GR.E-1井，就采用了這種鐘擺鉆具組合，在傾角大、巖層變化頻繁的地質構造中，有利于其部分解放鉆壓，提升效果。由于KRHDASHT地層的上部較為疏松，可以使用鐘擺鉆具降斜效果好的優勢，采用這項組合技術，它采用9根11′的鉆鋌，增強底部的鐘擺重量，同時由于實踐應用中使用了11′的鉆鋌，環空間隙較小，在高轉速下產生較大的離心力合力，有效地控制了井斜。2、滿眼打直技術。這種技術適用范圍較窄，只適用于地層傾角較小的地層，它是通過增強底部鉆具的剛性，來提升鉆具組合的抗彎曲能力，從而達到降斜、糾斜的目的。3、動力學防斜、糾斜技術。這種方法由于缺乏相關動力學的仿真性研究，因而盡管這種技術也可以解放鉆壓，但是欠缺現場推廣的條件和環境，無法進行普及性的應用。

（二）“主動防斜打直”技術。這種技術通過自動或人工控制，運用專用工具進行鉆井井眼軌跡的控制，這些專用工具有VDS系統、VertiTrak系統和PowerV系統等，這些專用工具較好地解決了井斜的質量問題。但是，由于其成本較高，也嚴重制約了這種技術的普及和推廣。下面，主要介紹兩種系統專用技術：

AutoTrak旋轉閉環鉆井系統。它是一種可以對鉆柱進行定向控制的新型鉆井工具，它主要由非旋轉導向套筒、信號接收和發射工具組成，在鉆井工程實踐應用中，它可以通過對鉆井參數的調整，對井下的井眼軌跡進行控制，它無須滑動鉆進，無須彎接頭，也不存在控制面的問題，可以極大提高鉆具的鉆速。在我國的川科1井鉆井工程的第二次開鉆井段，就應用了這一技術，取得了較好的降斜效果。

PowerV垂直鉆井技術系統。它是全自動化的旋轉導向垂直鉆井系統，它在鉆進過程中解放鉆井參數，用井下密封系統和高精度井斜方位測量儀器，進行自動的調整，通過促動儀器使井斜部位迅速返回垂直，適用于地層傾角大于40。的大傾角地層。它由上端的電子控制部分和下端的機械部分組成，使鉆頭始終朝向井眼的低邊位置，保持旋轉狀態下的平滑和延續。這項技術在我國的川東北地區得到了成功的應用，有效地解決了高陡地層構造的“防斜打直”問題。

四、結束語

由于地質巖層的不同構造情況，使鉆井工程不可避免地要遇到井斜的問題，為了保證較高機械鉆速，對井斜進行控制，使其井斜角不超過技術參數規定的標準，需要采取關鍵性的技術，而“防斜打直”技術就是有效進行控制井斜的措施之一，它在鉆井工程應用中，通過綜合性的運用，有效地解放了鉆壓，提高了鉆井速度。

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