井斜控制中的误区探讨

汪光太 王胜启

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

井斜控制中的误区探讨

汪光太 王胜启

中国石油勘探与生产工程监督中心 （北京 100083）

井斜控制是非常重要的日常作业，在防斜和降斜控制过程中，可以运用不同的技术手段、采用不同的钻具组合。探讨了如何在通常的防斜、纠斜和降斜实际作业中，避开在技术本质认识、钻具组合优选、工具与参数配合等方面误区，以期提升控斜效果和钻井效率。

井斜控制 钻具组合 大钻压降斜 防斜

钻井过程中，由于地质、设计、钻压、操作和安装等各种因素的影响，往往会发生井斜。如何采取合适的综合技术手段控制井斜角在一定的质量安全范围值之内，是一项非常重要的钻井日常工作。而在通常的防斜、纠斜和降斜实际作业中，由于程序上、认识上、策略上、工具与参数配合上的差异和误区，会给控斜效果和钻井效率造成一定的影响，甚至给后续作业埋下隐患，这些差异和误区主要体现在以下几个方面。

1 防斜钻进中钟摆钻具应用

钟摆钻具组合是一种典型的井斜控制技术,在设计和施工决策过程中，对于直井段的防斜钻进，可以看到现场还是习惯使用大钟摆钻具组合 (如Ф311mm井眼，在钻头之上和下稳定器之间，接配3根钻铤)，其实这会严重影响钻井速度和时效。

钟摆法井斜控制技术是一种降斜、防斜和纠斜技术，其原理是利用钻柱偏离铅垂线后所产生的回复钟摆力，使钻头产生与井眼偏斜方向相反的侧向切削作用，从而降斜或纠斜。钟摆力越大，自然纠斜能力越强，所以在钻头上方适当位置安装稳定器，确保钻进加压时，下稳定器以下不会产生井壁接触点而使钟摆力下降。在纠斜时，为提高侧向切削相对垂直切削速度的比值，只能采用牺牲钻压以减小垂直切削速度的方法，提高纠斜能力，这样大大影响钻井效率。

为提高钟摆钻具的防斜能力，通常要缩短钻头与下稳定器间的距离。如冀东油田L103-1井采取Ф215mm之上的井眼，下稳定器以下接2根钻铤，而Ф215mm以下(含Ф215mm)井眼，下稳定器以下只接1根钻铤的双稳定器组合。

钻具组合为Ф311mm钻头+Ф203mm测斜接头+Ф203mm无磁钻铤×1根+Ф203mm钻铤×1根+ Ф310mm稳定器+Ф203mm钻铤×1根+Ф310mm稳定器+Ф203mm钻铤×6根+Ф178mm钻铤×9根+ Ф127mm钻杆。

钻井参数：钻压120～160kN，转速60～70r/min，排量40～50L/s。

钻进井段：0.00～1 803.00m。

防斜效果：整个直井段最大井斜小于40′。

实钻经验也表明，常规大钟摆钻具对钻压非常敏感，必须采用小钻压才能防斜，否则井斜容易逐渐增大。

实际上大钟摆钻具纠斜能力大于小钟摆钻具的纠斜能力。把握好钟摆钻具总的使用原则非常重要。常规钟摆钻具组合只能以轻钻压吊打防斜，大钟摆用小钻压，小钟摆用大钻压，两者在大倾角地层均不能完全解放钻压，只能采用高转速打快。

现场实践表明，优先采用小钟摆、大钻压是较理想的钻进手段，既能保证井身质量，钻速也较快。

2 防斜钻进中满眼钻具组合应用

使用满眼钻具具有能修整井壁、不易发生黏卡、可控制较小的井斜变化率、下套管相对容易等优势。但由于满眼钻具上要接几个稳定器，而且所接的稳定器与井眼间隙非常小，会产生一些负作用。所以在钻井施工中，最好在下部钻具组合上部接有震击器，同时采取调整好钻井液流变性能、控制其滤失量、增加润滑性等配套措施。

在防斜钻进过程中使用满眼钻具组合时，要注意以下一些问题：

（1）因没有纠斜能力，在已经发生井斜的井段内使用不能减小井斜角，只能做到稳斜和控制井眼曲率，要做好预测，及时换钻具纠斜。

（2）只宜用于井眼曲率不大且井底井斜非常小的情况，确保继续保持井底趋势钻进不会造成井身质量要求超标。

（3）使用满眼钻具组合的关键是要保满，因稳定器与井眼之间的间隙对满眼钻具组合的性能有非常显著的影响。在使用中间隙应尽可能小，通常新配稳定器间隙为0.8～1.6mm。

（4）使用中，应注意监测稳定器尺寸的变化,因稳定器的磨损，会使间隙增大。一般当间隙超过5mm时，应及时更换或修复稳定器。

（5）定点循环时间不能过长,以免造成井径扩大,使稳定器相对失效。

（6）满眼钻具由于稳斜能力强、基本上没有纠斜能力，因此采用小钻压吊打没有实际意义。

（7）防斜满眼钻具只能采用靠近钻头的两稳定器之间接2～3m长的短钻铤或近钻头串联双稳定器方式。避免采用钻头的两稳定器之间接1根钻铤的临界满眼弱刚性钻具组合方式。因为通常井径都不规则,井径偏大段,会使中间的第二个稳定器失效,变成弱增斜钻具组合,使钻具组合性能发生逆转。

3 防斜钻进中偏轴组合应用

偏轴防斜钻具组合是指接有偏轴接头的井底下部钻具组合，通常由一个偏轴接头、1～2根钻铤与稳定器组合而成。偏轴接头最早由江汉油田于1996年提出，并开始研制和试验工作，此后陆续在各油田得到应用。

偏轴防斜钻具之所以起到防斜作用,主要原因在于通过采用偏轴接头与其他钻具适当组配后,因其移轴效应，可以使钻柱即使受压后也能产生公转回旋运动,从而在偏轴接头与钻头间形成倒锥摆运动，这样与导向工具类似，钻头的倾角方向在一周的公转中连续均匀变化，给钻头均等切削井壁四周的机会，使钻头沿一固定方向倾斜的作用抵消，从而达到防斜的目的。在井下工作运转中的偏轴钻具组合是一个受动态轴向力、横向力、弯矩、扭矩等联合作用的自转加公转的复合旋转运动系统。

偏轴防斜钻具组合具有防斜能力较强、承压能力强、机械钻速高的优势，适合在地层硬、可钻性差的层位中使用。目前,有些区块虽也非常注重采用偏轴防斜钻具组合,但在现场实际应用偏轴接头过程中，出现了各种各样的组合形式，有些组合影响了其效能的发挥，导致应用效果不理想，阻碍了偏轴防斜钻具的普遍使用。偏轴接头的使用，重点在于偏轴接头的连接位置和偏轴接头的偏轴距以及与稳定器的组合，问题的关键在于偏轴接头与稳定器的相配连接位置存在误区。

要充分使用好偏轴钻具组合，应把握好以下几个方面：

3.1 偏轴接头的偏轴距

偏轴钻具组合要形成公转运动,主要靠偏轴距的存在,偏轴距的大小,在离底长度一定的情况下,是确定公转半径大小的关键因素。通常Ф215.9mm井眼,偏轴距要大于20mm,而对于Ф311mm井眼,偏轴距至少38mm。

3.2 偏轴接头连接位置

形成倒锥摆运动，必然不能与钻头直接相连，应与钻头隔开1～2根钻铤，直接与稳定器连接，使运动趋于均衡，形成偏轴与钟摆双功能组合。不同的接法,效果不同。

3.3 钻铤连接数量

理论上偏轴接头下部所接的钻铤越多，偏轴接头的偏轴距也要增大，但事实上，因偏轴距受制于偏轴接头外径大小，偏轴接头下接1～2根钻铤比较合理，即Ф215.9mm井眼,偏轴接头下接1根钻铤, Ф311mm井眼,偏轴接头下接2根钻铤,这样又可以进一步组成钟摆组合。

3.4 稳定器数量

下部钻具组合的公转运动有利于防斜打直,偏轴钻具组合的结构不同,下部钻具组合的公转运动规律亦不同,防斜打直能力与公转稳定性也不同。合理使用稳定器有利于提高偏轴钻具的防斜打直能力，为防止稳定器发生橇杆支点效应，保证公转运动的稳定性，通常采用双稳定器组合，即两稳定器间连接1根钻铤。

3.5 施加钻压的大小

尽管偏轴钻具组合不像钟摆钻具组合对钻压非常敏感，偏轴钻具组合受压范围非常宽，但是，钻压太大，会导致井底钻头发生黏滞性运动，使钻头公转稳定性受到影响，从而会打破钻头四周均匀切削的平衡，最终影响防斜效果。

现场实钻结果表明，在地层可钻性差，极易发生井斜的地区钻进时，应用效果好的情况往往是尺寸和钻具组合搭配比较合理的，加之钻压控制合理，监测及时。通常偏轴防斜钻具组合施工井段与钟摆钻具组合钻进井段相比，平均机械钻速有明显提高。

4 防斜钻进中导向钻井系统的应用

在自然造斜能力较强、地层倾角较大等特殊地层的防斜钻进过程中，若要将机械钻速、质量和效益统一起来，在目前技术条件下，导向防斜钻井系统(即复合钻井防斜纠斜技术)是一个可行而实用的选择。现场习惯采用带直螺杆的复合钻井防斜技术，而复合钻井防斜纠斜技术是一种采用高效PDC钻头或金刚石钻头、弯外壳井下动力钻具、稳定器等匹配起来的大满贯钻具组合。这种大满贯钻具组合将钟摆钻具防斜技术、导向防斜纠斜技术、复合钻井技术集成在一起，使其适用面更广、效果更显著、效率更高，达到钻直、打快、节约成本的目的。

弯外壳井下动力钻具组合也就是导向钻具。对于复合钻井防斜纠斜技术，其防斜原理与导向钻具一样，复合钻井的特征是工具面角作连续周期性变化，这种工具面角的连续变化是靠转盘的转动来实现，从而给钻头均等切削井壁四周的机会，达到防斜的目的。使用弯外壳井下动力钻具的滑动钻进技术,可以适时地进行纠斜、对井斜进行控制，避免井斜进一步增加,利用弯外壳井下马达滑动钻进实现纠斜，纠斜能力强的特点，可广泛应用于各级别地层发生偏斜后的纠斜。这种采用低钻压、高转速的复合钻井防斜纠斜技术,可有效地提高井身质量及满足井底小位移的控制目标，有利于提高机械钻速，减少起下钻次数，取得良好的防斜打快效果。

当采用复合钻井防斜纠斜钻具组合时，要选用合适的钻头、井下动力钻具、井下动力钻具的弯外壳角度、稳定器的安放位置等，综合平衡机械钻速、井下动力钻具使用寿命等,以获得最佳的使用效果。

（1）复合钻井防斜纠斜钻具组合所用钻头，通常选用与井下动力钻具匹配的PDC钻头，这样可以满足低钻压、高转速的复合钻井方式，但PDC钻头与地层岩性的配伍会受到限制。所以井下动力钻具、钻头和地层之间的合理匹配问题是复合钻井能否实现防斜打快目的的关键。要达到提速防斜的目的,主要依赖于对地质情况和地层岩性的了解，使所选用的井下动力钻具和钻头组合能够满足特定地层条件下的钻井要求。

（2）目前现场使用最多的井下动力钻具是螺杆钻具，螺杆钻具外径尺寸要符合防斜要求，而且其排量参数不得低于钻井设计中的参数标准。

（3）井下动力钻具的弯外壳角度采用0.75°。

（4）为实现平稳运转、使钻头均等切削井壁四周，离不开稳定器的使用。通常采用双稳定器组合，根据井下动力钻具上是否带有稳定器 (最好选用不带稳定器的井下动力钻具，以利于滑动钻进纠斜时工具面的稳定性)，决定上稳定器有不同的接法。

钟摆式复合钻井防斜纠斜钻具组合方法：

组合1：Ф311mm钻头+Ф244mm弯外壳井下马达(弯角度数0.75°，马达上不带稳定器)+Ф203mm钻铤×1根 +Ф310mm稳定器+Ф203mm钻铤×1根+ Ф310mm稳定器+Ф203mm钻铤+Ф178mm钻铤+ Ф127mm钻杆。

组合2：Ф215.9mm钻头+Ф165mm弯外壳井下马达(弯角度数0.75°，马达上不带稳定器)+Ф215mm稳定器+Ф159mm钻铤×1根+Ф215mm稳定器+ Ф159mm钻铤+Ф127mm加重钻杆+Ф127mm钻杆。

复合钻井防斜纠斜钻具组合可以看成是钟摆和导向钻具的组合，复合钻井技术相对钟摆钻具而言是一种更好的防斜打快手段，在控制井斜的同时取得比钟摆钻具组合更高的机械钻速。复合钻井防斜纠斜打快技术不仅在直井中可以实现防斜打快目的，而且可以实现定向井轨迹的连续控制,并且能够大幅度提高钻井速度,减少起下钻次数。

5 防斜钻进中垂直钻井系统的应用

不管是常规的塔式钻具、钟摆钻具、满眼钻具防斜组合,还是偏轴钻具、旋冲钻具、复合钻井防斜纠斜组合等技术，都属于被动防斜技术，使用中有其相应的局限性,可以作为浅井和中深井的常规性防斜纠斜技术。而20世纪80年代末期逐渐发展起来的垂直钻井技术，属于主动防斜技术，完全满足在高陡构造、大倾角地层和逆掩推覆体等易斜地层钻高质量的深井、超深井和复杂结构井直井段的钻探要求。

VertiTrak、PowerV都是专门用于垂直钻井的实时井斜自动控制系统，这2种系统已成功应用于国内一些特殊区块地层，达到了预期的控斜、提速和增效的目的。但 PowerV比 VertiTrak更具优势，因VertiTrak属于闭环非全旋转导向系统，PowerV是钻井液驱动的全旋转自动控制系统，在深部复杂地层中钻进，更具安全和成本优势。

充分用好PowerV系统，要把握好以下几项重要原则：

（1）下部钻具组合中应配接井斜连续监测系统，不可采用单点之类监测井斜。因PowerV系统在井底工作时，与地面没有信息的交换，地面无法更改工作指令，要监测和判断PowerV系统的实际工作情况以及使用效果，必须在井底下部钻柱组合中配接MWD仪器，确保PowerV系统的使用效果和安全性，准确判断起钻时机。

（2）在使用策略上，将PowerV系统用作降斜工具，以免降斜过快，造成井身质量超标，给后续作业埋下隐患。

（3）在取得地区和地层使用经验之前，为减少辅助作业时间，避免造成井斜失控，现场应用PowerV系统时应采用满负荷工作法，即采用180°/100%(工具面角/降斜作用持续时间百分比)指令工作。

（4）确保PowerV系统的工具面角和降斜作用持续时间比例指令(180°/XX%)的相对稳定。

（5）强化地面工程录井和MWD监测，实时判断PowerV系统工作状态，以防其失效后，增斜过快，使井身质量超标。

（6）配套使用机械式随钻测斜仪，降低钻井综合成本。

6 大钻压高效降斜技术

在进行“S”型定向井降斜段的施工时,因为通常采用大钟摆钻具组合，习惯的方法是采用轻压吊打的手段,忌用大钻压，单纯地利用钟摆力。但随着井斜角越来越小,钟摆力也会越来越小,这样就越来越难降斜了。钻压太低,机械钻速变慢,增加钻井成本,不经济。

在定向井的降斜段井眼施工中，采用大钻压降斜法是可行的[4],不但利用钟摆力降斜,还应充分发挥横向偏斜力的作用。当井斜和下部钻柱组合确定时,通常大钟摆钻柱在降斜段井眼中呈现自然形态，由于自重的作用,钻柱偏向井眼的低边,钻进时工艺上要求钻压逐渐施加上去,在一定的轻压吊打钻压范围内,下部钻柱组合就保持这种靠低边状态,随着钻压的逐渐增大,下部钻柱组合中与下井壁的接触点,会在低边滑动自转,再进一步增大钻压时,就会在低边处产生较大的接触应力,钻柱就不会单是自转,而开始有滚动(公转)的趋势,当钻压加到很大时,由接触应力而产生的滚动摩擦也同步增大,滚动摩擦力可以克服钻具自重和弯曲力的作用而使钻具滚动到井眼高边，即上井壁处，保持这种钻压,使钻具上产生的弯矩能克服由于滚动摩阻力和重力的作用,确保钻具切点会在井眼高边某个位置处于一种自转平衡状态。这样只要在已形成降斜趋势的井眼段采用大钻压,加上井眼弯曲效应,使下部钻柱组合在大钻压作用下更趋于与井眼一起产生同向的背斜弯曲,即实现钻头上的横向偏斜力起降斜作用。

采用大钻压高效降斜时，要把握好以下原则，并采用相应的配套措施。

（1）只适用于地层倾角较小的地层，否则有可能因钻头上的地层增斜力大于钻压所产生的横向偏斜力而达不到降斜的效果。

（2）检查指重表,使其灵敏、可靠,保证加压的准确性。

（3）先用较小的钻压钻进30m后测斜,确保已形成降斜段后,再增加钻压到大钻压。

（4）确保钻压的稳定性，送钻必须均匀，采用60～70r/min的转速。

（5）控制钻井液失水,滤饼不能太厚。

[1]杜劲,尹松,闫伟,等.国内外井斜控制技术的发展[J].机械工程师，2007(2).

[2]李玉泉,罗凤芝,田群山,等.偏轴钻具组合在玉门油田的应用[J].吐哈油气,2007(12).

[3]刘以明,蔡文军,王平,等.PowerV和机械式随钻测斜仪在黒池1井的应用[J].石油钻探技术,2006(1).

[4]汪光太.降斜防斜控制技术[J].钻采工艺,1999(6).

Control of wellbore inclination is one important routine operation.Different technological means and various combinations of drilling tools are applied in the controlling process of preventing inclination and declining inclination.The paper mainly discusses the problem on how to avoid the misunderstanding at the aspects of knowing the nature of technology,selecting the combination of drilling tools and matching the tools and parameters in the practical operation of preventing,correcting and declining inclination.It is hopeful to improve the effect of controlling inclination and the drilling efficiency.

control of wellbore inclination;combination of drilling tools;declining the inclination by the WOB;preventing inclination

汪光太（1966-），男，高级工程师，先后从事水平井技术科研、工程技术服务和工程技术监督工作。

尉立岗

2011-05-23