防斜糾斜技術在邑深1 井的應用

孫曉波

（中國石化勝利石油工程有限公司西南分公司，四川德陽 618000）

引起井斜的主要原因有地質條件、底部鉆具組合、鉆井參數、設備安裝及操作技術等因素，有學者將井斜控制量化為對鉆頭側向力、鉆頭傾角、地層造斜力的控制[1]。隨著井斜控制理論的不斷完善，現有的鉆井方式已不能滿足鉆井施工需要。

目前，國內外的防斜糾斜技術概括起來可分為靜力學防斜、動力學防斜和工具防斜[2]。靜力學防斜即常規滿眼鉆具組合防斜技術、常規鐘擺鉆具組合防斜技術等，動力學防斜即偏軸（心）鉆具組合防斜技術、柔性組合防斜技術、復合鉆進防斜技術等，工具防斜技術有自動垂直鉆井系統等。靜力學防斜和動力學防斜技術均屬于被動防斜，成本較低，但在髙陡構造和大傾角地層中防斜效果不理想；工具防斜技術屬于主動防斜，防斜效果好，但使用成本昂貴且國產化程度較低。

1 一開井段防斜糾斜技術

邑深1 井一開φ444.5 mm 井眼分別采用鐘擺鉆具組合和復合鉆進防斜技術，配合電子多點測斜監控井斜，較好地實現了對井身軌跡的控制。一開井段最大井斜角0.96°（對應井深623.00 m），最大全角變化率0.45°/30 m，一開井段井底水平位移9.62 m。

1.1 鐘擺鉆具組合技術

被廣泛應用的鐘擺鉆具可分為光鉆鋌鉆具、塔式鉆具和帶穩定器的鐘擺鉆具等[3]，現場使用中也經常將塔式鉆具與帶穩定器的鐘擺鉆具結合使用。其使用要點可概括為“一大、一高、一小”，即組配鉆具時，“鐘擺力”盡量大，轉盤（頂驅）的轉速盡量高，鉆壓盡量小。為使“鐘擺力”盡量大，現場可采用大尺寸鉆鋌，即增加鉆鋌的線重量，或在適當位置加穩定器，即延長鐘擺段長度。另外，為實現“一高、一小”，在井下工具和井眼條件允許的情況下，盡量使用高轉速“輕壓吊打”。

邑深1 井一開57～747 m 井段，采用鐘擺鉆具鉆進，鉆具組合:φ444.5 mm PDC +730×830 配合接頭+φ279.4 mm 鉆鋌×2 根+831×730 配合接頭+φ 438.0 mm 螺旋扶正器+φ228.6 mm 鉆鋌×6 根+φ 203.2 mm 鉆鋌×6 根+731×630 配合接頭+631×520配合接頭+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓40～60 kN，轉速70～80 r/min，排量60 L/s，泵壓7～8 MPa。

1.2 復合鉆進技術

復合鉆進防斜技術近年來在現場得到廣泛應用，在鐘擺鉆具防斜機理的基礎上，復合鉆進時鉆頭鉆速大大提高，即相同情況下單位進尺內鉆頭對井壁的側向切削次數顯著增加；在地層條件、鐘擺力（即降斜力）等其他條件相同的情況下，復合鉆進防斜技術的防斜效果要優于傳統鐘擺鉆具的防斜技術。

邑深1 井一開747～1 106 m 井段，采用復合鉆進防斜技術，鉆具組合:φ444.5 mm PDC+φ286.0 mm New-Drill（直螺桿）+731×830 配合接頭+φ 279.4 mm 鉆鋌×2 根+831×730 配合接頭+φ438.0 mm 螺旋扶正器+φ228.6 mm 鉆鋌×3 根+φ203.2 mm鉆鋌×6 根+731×630 配合接頭+631×520 配合接頭+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓40～60 kN，頂驅轉速60 r/min，排量60 L/s，泵壓12～13 MPa。

1.3 應用效果對比分析

邑深1 井一開井段鉆進過程中，鐘擺鉆具鉆進井段，井斜角總體控制較好。從圖1 可以看出，鐘擺鉆進階段，井斜角呈緩慢增長趨勢；復合鉆進井段，井斜角控制明顯優于鐘擺鉆具鉆進井段，且井斜角呈緩慢下降趨勢。

井眼軌跡之所以能夠朝降斜的方向發展，是因為鉆頭處有垂直向下的分力，并且由此分力產生了垂直向下的分位移，位移的產生則來源于力的作用下鉆頭對地層的不斷切削，鉆頭對地層切削的總體積在其他條件不變的情況下，等于鉆頭對地層的單次切削體積與鉆頭對地層的切削次數之積。復合鉆進期間，鉆時相同的情況下，單位進尺內鉆頭對地層的切削次數明顯多于鐘擺鉆具，能夠更好地控制井斜。邑深1 井復合鉆進后期，隨鉆時的不斷增加（鉆時增加后，單位進尺內鉆頭對地層的切削次數增加），井斜角的降低趨勢較前期更為明顯，也從一定程度上驗證了上述分析。

圖1 邑深1 井0～1 106 m 井段井斜角、鉆時變化情況

2 二開井段防斜糾斜技術

邑深1 井二開井段主要采用彎螺桿配合欠尺寸扶正器防斜糾斜技術，該技術可以看作是鐘擺鉆具組合防斜技術、偏軸（心）鉆具組合防斜技術及復合鉆進防斜技術的結合。其主要的防斜機理可概括為:①彎螺桿配合欠尺寸扶正器在鉆進過程中，可以使鉆頭傾角發生周期性變化，克服鐘擺鉆具等鉆頭傾角朝向上井壁帶來的増斜效果；②鉆頭傾角隨拐點位置周期性變化過程中，鉆頭對四周井壁都有沖擊切削作用，但對下井壁的沖擊切削作用最強，進一步加強了鉆具的防斜糾斜效果；③仍具有鐘擺鉆具防斜、偏軸（心）鉆具防斜及復合鉆進防斜的優勢[4-9]。因其防斜效果較好，近年來在現場得到廣泛應用[10-12]。

邑深1 井二開井段φ320.6 mm 井眼采用彎螺桿配合欠尺寸扶正器防斜技術，配合機械式隨鉆測斜儀測斜技術，較好地實現了對井身軌跡的控制。二開井段最大井斜角2.12°（對應井深1 755 m），最大全角變化率0.72°/30 m，二開井段井底（對應井深3 874 m）水平位移83.08 m。

邑深1 井二開1 106～3 874 m 井段，采用彎螺桿配合欠尺寸扶正器防斜技術，鉆具組合:φ320.6 mm PDC+φ244 mm New-Drill（0.75°）+回壓閥+φ 228.6 mm 無磁鉆鋌×1 根（機械式隨鉆測斜儀）+φ 228.6 mm鉆鋌×1根+φ314 mm螺旋扶正器+φ228.6 mm 鉆鋌×5 根+731×630 配合接頭+φ203 mm 隨鉆震擊器+φ203.2 mm 鉆鋌×5 根+631×520 配合接頭+旁通閥+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓60～80 kN，頂驅轉速80 r/min，排量60 L/s，泵壓18～19 MPa。

機械式隨鉆測斜儀的工作原理與現場廣泛應用的MWD 相似，可實現對井斜角的實時監控，但不能實現對方位角的監控。在井斜角較小的井段使用，可大大降低鉆井成本。

3 三開防斜糾斜技術

單彎雙穩鉆具相對于其他防斜糾斜鉆具，一是能夠實現在旋轉鉆進工況下的防斜打直[13]，二是在井斜角、方位角超出預計范圍的情況下，配合MWD和滑動鉆進的方式，實現對井身軌跡的主動干預。

3.1 彎螺桿配合欠尺寸扶正器應用

邑深1 井三開鉆進前期，3 874～4 557 m 井段使用彎螺桿配合欠尺寸扶正器防斜鉆進，井斜角控制較好，最大井斜角3.17°（對應井深4 475 m），但方位角基本維持140°不變，造成井底位移增速較快；三開鉆進后期，用單彎雙穩鉆具糾斜糾方位后，根據井斜角及方位角變化趨勢預測，5 254～5 704 m井段繼續使用彎螺桿配合欠尺寸扶正器鉆具防斜鉆進，期間井斜角逐漸回歸至3°左右，方位角逐漸漂移至140°，井斜角及方位角最終趨于穩定。

3.2 鐘擺鉆具組合應用

邑深1 井三開井段4 557 ～4 685 m，由于機械鉆速不理想，試用常規鐘擺鉆具鉆進，井斜角由3°以下迅速增至4.90°，方位角仍維持140°左右不變。

鉆具組合:φ241.3 mm PDC+雙母接頭+回壓閥+φ177.8 mm 鉆鋌×1 根+φ177.8 mm 短鉆鋌（機械式隨鉆測斜儀）+φ177.8 mm 無磁鉆鋌×1 根+φ238.0 mm 扶正器+φ177.8 mm 鉆鋌×12 根+φ177.8 mm 隨鉆震擊器+φ127.0 mm 加重鉆桿×21 根+旁通閥+φ 127.0 mm 鉆桿+411×520 配合接頭+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓100 kN，轉速70 r/min，排量25～27 L/s，泵壓20～21 MPa。

3.3 單彎雙穩鉆具應用

邑深1 井三開4 685～5 254 m 井段采用單彎雙穩鉆具配合MWD 鉆進，滑動鉆進期間糾斜糾方位效果明顯。復合鉆進期間單靠鉆具組合自身不能完全抵消地層的造斜力，井斜角逐步向3°回歸，方位角逐步向140°漂移。

井段4 685～4 888 m，鉆具組合1:φ241.3 mm PDC+φ197.0 mm New-Drill（1°，帶φ238.0 mm 近鉆頭扶正器）+回壓閥+φ238.0 mm 扶正器+座健接頭+φ177.8 mm 無磁鉆鋌×1 根（MWD）+φ177.8 mm鉆鋌×12 根+φ177.8 mm 隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×21 根+旁通閥+φ127.0 mm 鉆桿+411×520 配合接頭+φ139. 7 mm 鉆桿，鉆壓100 kN，轉速60～70 r/min，排量25～27 L/s，泵壓20～21 MPa。

井段4 888～5 254 m，鉆具組合2:φ241.3 mm PDC+φ185.0 mm New-Drill（1°，帶φ238.0 mm 近鉆頭扶正器）+回壓閥+φ238.0 mm 扶正器+座健接頭+φ177.8 mm 無磁鉆鋌×1 根（MWD）+φ177.8 mm鉆鋌×12 根+φ177.8 mm 隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×21 根+旁通閥+φ127.0 mm 鉆桿+411×520 配合接頭+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓100 kN，轉速60～70 r/min，排量25～26 L/s，泵壓21～22 MPa。

3.4 對比分析

圖2 為不同井段井斜角、方位角的變化情況。從圖中可以看出，邑深1 井三開鉆進過程中，常規鐘擺鉆具鉆鋌尺寸小、線重量輕，其產生的“鐘擺力”小，導致井斜角迅速上升，不能滿足三開施工要求；彎螺桿配合欠尺寸扶正器結合鉆井參數的優化，基本能夠實現穩斜鉆進，但由于巖層產狀的影響，方位角較為穩定，最終可能導致井底位移超標；單彎雙穩鉆具組合，復合鉆進期間的使用效果與彎螺桿配合欠尺寸扶正器效果相當，再配合MWD 通過滑動鉆進的方式，可實現對井斜角、方位角的人為調整。

4 四開井段防斜技術

圖2 井斜角、方位角隨井深變化情況

邑深1 井四開井段為5 704～5 968 m，主要進行鉆井取心作業，為防止井下復雜情況的發生，應對鉆具結構進行簡化，這在一定程度上限制了對井身軌跡的控制方法。施工過程中主要采用鐘擺鉆具組合防斜，鉆具組合:φ165.1 mm 牙輪鉆頭/取心鉆頭+330×310 配合接頭/取心工具+回壓閥+φ120.0 mm鉆鋌×2 根+φ158.0 mm 扶正器+φ120.0 mm 鉆鋌×13 根+隨鉆震擊器+旁通閥+311×4A20 配合接頭+φ 101.6 mm 加重鉆桿×14 根+φ101.6 mm 鉆桿+520×4A21 配合接頭+φ139.7 mm 鉆桿；鉆壓60～80 kN，轉速50 r/min，排量18～20 L/s，泵壓21～22 MPa。取心鉆進鉆井時，鉆壓10～30 kN，轉速50 r/min，排量11 L/s，泵壓11～12 MPa。施工過程中井斜角由不到3°逐漸增加，方位角穩定在125°左右。因前期井斜控制相對較好，四開井段最大井斜角及井底位移均符合設計要求。

5 結論與建議

（1）井身軌跡的控制應集中在上部井段，一是因為在不使用自動垂直鉆井系統的條件下，單靠鉆具組合的力學性質防斜糾斜時，鉆具尺寸越大、線重量越大，越容易實現對井身軌跡的控制；二是因為一旦上部井段井身軌跡控制不好，下部井段的施工將會變得十分困難。

（2）復合鉆進防斜技術明顯優于傳統鐘擺鉆具防斜技術，大邑地區一開井段可采用復合鉆進防斜技術，實現對井身軌跡控制的同時能提高機械鉆速。

（3）彎螺桿配合欠尺寸扶正器防斜技術優于復合鉆進防斜技術，增強了鉆頭對下井壁的切削作用，可滿足大邑地區二開井段井身質量控制要求。

（4）大邑地區地層造斜力較大，單靠常規防斜糾斜鉆具組合的優化和鉆井參數的調整，很難滿足井身質量設計要求，建議大邑地區三開全井段使用單彎雙穩鉆具防斜打快技術，配合MWD 實時監測井斜，以復合鉆進為主，適當通過滑動鉆進調整井身軌跡。