定向钻井中托压机理分析及应对策略探讨

许艳东

摘 要：随着现代化钻井作业逐渐向更深、更远的方向而发展进步，在定向钻井中出现了一系列技术问题，必须采用合适的方法妥善解决钻井托压问题，准确分析钻井下部钻具承受的压力，从托压产生的原因入手，才能解决托压问题。根据相关研究发现，钻柱在钻井过程中，和井壁之间产生摩擦，从而形成了摩擦阻力，摩擦阻力受到井眼轨迹、清洁程度以及钻具、钻井液润滑性等多重因素的影响，在不同地层下会产生不同的摩擦力，因此，必须从这几个方面入手，才能有效应对钻井托压问题，降低托压频率，提高钻井速度和质量。本文针对定向钻井中托压机理进行了深入分析，并提出了相关的应对策略。

关键词：定向钻井；托压；摩擦

中图分类号：TE242 文献标识码：A

钻井托压效应主要指的是在定向钻井时，当钻具向下钻入的过程中，会逐渐和井壁之间产生较大的摩擦力，受到摩擦力的影响，所以导致钻压无法及时传递到钻头上，结果出现了一系列问题。近几年以来，我国的钻井工程数量不断增加，规模逐渐扩大，在定向钻井中出现最广泛的问题就是托压问题，只有解决托压问题，才能使定向钻井的效率得到显著提升，提高钻井的安全性。当定向钻井出现托压问题之后，将会引发这样几方面问题：第一，钻头承受了大部分钻压，所以导致机械钻井的效率大大降低，影响了钻井进度。第二，在钻井中进行滑动钻进工程，当托压问题产生以后，钻具将会在一段时间内保持静止状态，岩屑无法及时清除出去，导致压差卡钻问题频繁发生。第三，在定向钻井中托压问题发生以后，直到托压问题解除，将会导致钻头工具面发生变化，容易出现破损问题，使钻井效率降低。笔者通过结合国内外相关研究理论和现场实际情况，提出了一系列应对托压效应的策略。

1.定向钻井中托壓的影响因素分析

在定向钻井过程中，托压效应的影响因素主要包含了这样几大类：井眼的轨迹和清洁程度；钻具的组合形式；钻井液的润滑性；地层的特征，下面对此进行具体分析：

1.1井眼的轨迹

定向钻井中的托压受到井眼轨迹的影响，会出现较大的变化，重点表现在这样几个方面：第一，在钻具向下钻进的过程中，受到钻井斜角的影响，給井壁造成的正压力也存在较大的差别。当钻井的斜角增大时，就会导致钻具对下井壁的正压力逐渐增大，钻具所承受的井壁摩擦力也会逐渐增大，托压效应也会增大。第二，钻具在井眼中出现弯曲变化时，也会受到井眼曲率的影响。当井眼的曲率逐渐增加时，钻具的弯曲程度也会逐渐扩大，附加刚性正压力也会逐渐增加，钻具所承受的井壁摩擦力也会逐渐增大，托压效应也会增大。第三，斜井段长度也是影响托压效应的重要因素。当斜井段长度逐渐增加时，就会导致钻井承受的正压力与附加刚性正压力逐渐扩大，钻具所承受的井壁摩擦力也会逐渐增大，托压效应也会不断扩大。

1.2井眼清洁程度

定向钻井中的托压主要受到井眼清洁程度这样几方面因素的影响：第一，当钻井中岩屑的浓度逐渐增加时，就会导致钻具和钻井液承受的摩擦力增加，从而产生了托压效应。第二，当钻井中的岩屑在斜坡度比较大的钻井地段出现沉降问题之后，将会在下井壁中产生岩屑床现象，从而給钻具滑动带来非常显著的阻力，钻具在井壁中进行上下活动时需要承受非常大的阻力，钻头不能及时接受到钻压，阻碍了钻进施工操作。第三，在许多环空钻井段中，具有较高的液砂，滤饼的厚度比较高，滤饼在包裹钻具时角度也会逐渐增加，从而带来巨大的粘吸力，托压问题也会变得更加严重。

1.3钻具的组合形式

钻具的组合形式不同，也会对托压效应产生极大的影响，主要表现在这样几个方面：第一，当钻具的管柱重量越大时，井壁所承受的正压力也会逐渐增大，从而形成了摩擦阻力，出现了托压问题。第二，当管柱在承受巨大的压力之后，会发生弯曲反应，也会带来显著的附加正压力，造成管柱承受的摩擦阻力扩大，托压效应更加显著。第三，当螺杆钻具和稳定器的外径逐渐扩大时，螺杆钻具和井壁间的距离逐渐缩小，当稳定器和井壁紧密地贴合在一起时，导致钻压不能传递到钻头位置，托压问题也会随之产生。

1.4钻井液的润滑性

在定向钻井过程中，钻井液起到重要作用，当钻井液的润滑性逐渐变差时，就会导致摩擦阻力增加，钻具在钻进过程中，管柱需要承受巨大的摩擦力，托压问题出现的概率也会逐渐增加。而钻井液的润滑性受到多方面因素的影响，为了提高钻井液的润滑性，达到良好的润滑效果，在钻井施工中可以选择应用油基钻井液，这样才能有效预防托压问题产生。

1.5地层的特征

在渗透性比较高的地层中进行钻井施工时，就会在井壁上产生非常厚的滤饼，钻具包角也会逐渐扩大，粘吸效果更加显著，容易产生托压问题。在容易出现掉块问题的地层中进行钻进施工时，遇到不规则井壁，将会给钻杆接头带来非常严重的阻力，使钻井施工的难度增加，从而出现了托压问题。

2.定向钻井中托压的应对策略分析

2.1对井眼轨道进行优化设计

在定向钻井中设计井眼轨道时，必须充分考虑这样几方面因素：第一，摩擦阻力的扭矩；第二，井眼的长度；第三，钻柱受力情况；第四，钻井工程的复杂程度。因此，在设计井眼轨道时，必须充分考虑钻柱、钻井参数以及钻井液。在实际工程中，需要采用合适的方式使斜点向下进行移动，从而使斜井段的长度逐渐减少，钻具的重量也会逐渐变轻，这样才能防止管柱的摩擦阻力增加，避免托压问题出现。而且在定向钻井时，井眼的轨道需要保持平滑状态，井眼曲率需要控制在合适的范围内，把井眼的附加刚性正压力控制在较低的状态，才能减少托压问题。

2.2全面优化钻具的组合形式

在定向钻井中优化钻具的组合形式时，可以从这样几方面做起：第一，尽量少使用钻铤，通过运用加重钻杆以及螺旋钻铤来取代钻铤，才能避免钻具和井壁之间出现大面积接触和摩擦，防止托压风险出现。第二，尽量少使用稳定器。由于钻具造斜率受到稳定器、井眼距离影响，所以在实际钻进施工过程中，只能在造斜率比较高的地段使用稳定器。第三，通过应用倒装钻具组合的形式，能够使钻柱向下的推动力逐渐增加，钻压能够及时传递到钻头上，避免托压问题。第四，在钻具中搭配使用牙轮钻头，这种钻头的钻进速度比较快，能够缩小钻进阻力，防止粘吸问题产生。

2.3做好井眼的清洁工作

为了有效控制钻进的摩擦阻力，必须做好井眼的清洁工作，使井眼的清洁程度得到有效提升。具体而言，首先，必须增加钻井液，使环空返速逐渐增加。其次，必须优化和调整钻井液流动的方向，使钻井液能够起到更好的清洁效果。再次，把钻杆的转速调整到合适的速度，只有提高钻杆转速，才能防止钻杆出现磨损问题。最后，避免岩屑床问题出现，利用下钻来打破岩屑床，排除岩屑。

2.4选择合适的钻井液

在定向钻井施工中，为了避免托压问题出现，必须提升钻井液的润滑性，钻井液的润滑性受到自身特点的影响，在钻井施工过程中必须选择应用合适的钻井液，一般选择水基钻井液，能够使钻井液的润滑性大大提升，防止钻杆和滤饼之间出现摩擦阻力。

结语

综上所述，在定向钻井过程中，为了防止托压机理出现，必须结合实际情况，从井眼轨迹、清洁程度以及钻具、钻井液润滑性入手，制定科学、合理的施工方案，才能提升钻井施工质量。

参考文献

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