防斜纠斜技术在邑深1 井的应用

2020-10-30孙晓波

石油地质与工程 2020年5期

孙晓波

（中国石化胜利石油工程有限公司西南分公司，四川德阳 618000）

引起井斜的主要原因有地质条件、底部钻具组合、钻井参数、设备安装及操作技术等因素，有学者将井斜控制量化为对钻头侧向力、钻头倾角、地层造斜力的控制[1]。随着井斜控制理论的不断完善，现有的钻井方式已不能满足钻井施工需要。

目前，国内外的防斜纠斜技术概括起来可分为静力学防斜、动力学防斜和工具防斜[2]。静力学防斜即常规满眼钻具组合防斜技术、常规钟摆钻具组合防斜技术等，动力学防斜即偏轴（心）钻具组合防斜技术、柔性组合防斜技术、复合钻进防斜技术等，工具防斜技术有自动垂直钻井系统等。静力学防斜和动力学防斜技术均属于被动防斜，成本较低，但在髙陡构造和大倾角地层中防斜效果不理想；工具防斜技术属于主动防斜，防斜效果好，但使用成本昂贵且国产化程度较低。

1 一开井段防斜纠斜技术

邑深1 井一开φ444.5 mm 井眼分别采用钟摆钻具组合和复合钻进防斜技术，配合电子多点测斜监控井斜，较好地实现了对井身轨迹的控制。一开井段最大井斜角0.96°（对应井深623.00 m），最大全角变化率0.45°/30 m，一开井段井底水平位移9.62 m。

1.1 钟摆钻具组合技术

被广泛应用的钟摆钻具可分为光钻铤钻具、塔式钻具和带稳定器的钟摆钻具等[3]，现场使用中也经常将塔式钻具与带稳定器的钟摆钻具结合使用。其使用要点可概括为“一大、一高、一小”，即组配钻具时，“钟摆力”尽量大，转盘（顶驱）的转速尽量高，钻压尽量小。为使“钟摆力”尽量大，现场可采用大尺寸钻铤，即增加钻铤的线重量，或在适当位置加稳定器，即延长钟摆段长度。另外，为实现“一高、一小”，在井下工具和井眼条件允许的情况下，尽量使用高转速“轻压吊打”。

邑深1 井一开57～747 m 井段，采用钟摆钻具钻进，钻具组合:φ444.5 mm PDC +730×830 配合接头+φ279.4 mm 钻铤×2 根+831×730 配合接头+φ 438.0 mm 螺旋扶正器+φ228.6 mm 钻铤×6 根+φ 203.2 mm 钻铤×6 根+731×630 配合接头+631×520配合接头+φ139.7 mm 钻杆；钻压40～60 kN，转速70～80 r/min，排量60 L/s，泵压7～8 MPa。

1.2 复合钻进技术

复合钻进防斜技术近年来在现场得到广泛应用，在钟摆钻具防斜机理的基础上，复合钻进时钻头钻速大大提高，即相同情况下单位进尺内钻头对井壁的侧向切削次数显著增加；在地层条件、钟摆力（即降斜力）等其他条件相同的情况下，复合钻进防斜技术的防斜效果要优于传统钟摆钻具的防斜技术。

邑深1 井一开747～1 106 m 井段，采用复合钻进防斜技术，钻具组合:φ444.5 mm PDC+φ286.0 mm New-Drill（直螺杆）+731×830 配合接头+φ 279.4 mm 钻铤×2 根+831×730 配合接头+φ438.0 mm 螺旋扶正器+φ228.6 mm 钻铤×3 根+φ203.2 mm钻铤×6 根+731×630 配合接头+631×520 配合接头+φ139.7 mm 钻杆；钻压40～60 kN，顶驱转速60 r/min，排量60 L/s，泵压12～13 MPa。

1.3 应用效果对比分析

邑深1 井一开井段钻进过程中，钟摆钻具钻进井段，井斜角总体控制较好。从图1 可以看出，钟摆钻进阶段，井斜角呈缓慢增长趋势；复合钻进井段，井斜角控制明显优于钟摆钻具钻进井段，且井斜角呈缓慢下降趋势。

井眼轨迹之所以能够朝降斜的方向发展，是因为钻头处有垂直向下的分力，并且由此分力产生了垂直向下的分位移，位移的产生则来源于力的作用下钻头对地层的不断切削，钻头对地层切削的总体积在其他条件不变的情况下，等于钻头对地层的单次切削体积与钻头对地层的切削次数之积。复合钻进期间，钻时相同的情况下，单位进尺内钻头对地层的切削次数明显多于钟摆钻具，能够更好地控制井斜。邑深1 井复合钻进后期，随钻时的不断增加（钻时增加后，单位进尺内钻头对地层的切削次数增加），井斜角的降低趋势较前期更为明显，也从一定程度上验证了上述分析。

图1 邑深1 井0～1 106 m 井段井斜角、钻时变化情况

2 二开井段防斜纠斜技术

邑深1 井二开井段主要采用弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜纠斜技术，该技术可以看作是钟摆钻具组合防斜技术、偏轴（心）钻具组合防斜技术及复合钻进防斜技术的结合。其主要的防斜机理可概括为:①弯螺杆配合欠尺寸扶正器在钻进过程中，可以使钻头倾角发生周期性变化，克服钟摆钻具等钻头倾角朝向上井壁带来的増斜效果；②钻头倾角随拐点位置周期性变化过程中，钻头对四周井壁都有冲击切削作用，但对下井壁的冲击切削作用最强，进一步加强了钻具的防斜纠斜效果；③仍具有钟摆钻具防斜、偏轴（心）钻具防斜及复合钻进防斜的优势[4-9]。因其防斜效果较好，近年来在现场得到广泛应用[10-12]。

邑深1 井二开井段φ320.6 mm 井眼采用弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜技术，配合机械式随钻测斜仪测斜技术，较好地实现了对井身轨迹的控制。二开井段最大井斜角2.12°（对应井深1 755 m），最大全角变化率0.72°/30 m，二开井段井底（对应井深3 874 m）水平位移83.08 m。

邑深1 井二开1 106～3 874 m 井段，采用弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜技术，钻具组合:φ320.6 mm PDC+φ244 mm New-Drill（0.75°）+回压阀+φ 228.6 mm 无磁钻铤×1 根（机械式随钻测斜仪）+φ 228.6 mm钻铤×1根+φ314 mm螺旋扶正器+φ228.6 mm 钻铤×5 根+731×630 配合接头+φ203 mm 随钻震击器+φ203.2 mm 钻铤×5 根+631×520 配合接头+旁通阀+φ139.7 mm 钻杆；钻压60～80 kN，顶驱转速80 r/min，排量60 L/s，泵压18～19 MPa。

机械式随钻测斜仪的工作原理与现场广泛应用的MWD 相似，可实现对井斜角的实时监控，但不能实现对方位角的监控。在井斜角较小的井段使用，可大大降低钻井成本。

3 三开防斜纠斜技术

单弯双稳钻具相对于其他防斜纠斜钻具，一是能够实现在旋转钻进工况下的防斜打直[13]，二是在井斜角、方位角超出预计范围的情况下，配合MWD和滑动钻进的方式，实现对井身轨迹的主动干预。

3.1 弯螺杆配合欠尺寸扶正器应用

邑深1 井三开钻进前期，3 874～4 557 m 井段使用弯螺杆配合欠尺寸扶正器防斜钻进，井斜角控制较好，最大井斜角3.17°（对应井深4 475 m），但方位角基本维持140°不变，造成井底位移增速较快；三开钻进后期，用单弯双稳钻具纠斜纠方位后，根据井斜角及方位角变化趋势预测，5 254～5 704 m井段继续使用弯螺杆配合欠尺寸扶正器钻具防斜钻进，期间井斜角逐渐回归至3°左右，方位角逐渐漂移至140°，井斜角及方位角最终趋于稳定。

3.2 钟摆钻具组合应用

邑深1 井三开井段4 557 ～4 685 m，由于机械钻速不理想，试用常规钟摆钻具钻进，井斜角由3°以下迅速增至4.90°，方位角仍维持140°左右不变。

钻具组合:φ241.3 mm PDC+双母接头+回压阀+φ177.8 mm 钻铤×1 根+φ177.8 mm 短钻铤（机械式随钻测斜仪）+φ177.8 mm 无磁钻铤×1 根+φ238.0 mm 扶正器+φ177.8 mm 钻铤×12 根+φ177.8 mm 随钻震击器+φ127.0 mm 加重钻杆×21 根+旁通阀+φ 127.0 mm 钻杆+411×520 配合接头+φ139.7 mm 钻杆；钻压100 kN，转速70 r/min，排量25～27 L/s，泵压20～21 MPa。

3.3 单弯双稳钻具应用

邑深1 井三开4 685～5 254 m 井段采用单弯双稳钻具配合MWD 钻进，滑动钻进期间纠斜纠方位效果明显。复合钻进期间单靠钻具组合自身不能完全抵消地层的造斜力，井斜角逐步向3°回归，方位角逐步向140°漂移。

井段4 685～4 888 m，钻具组合1:φ241.3 mm PDC+φ197.0 mm New-Drill（1°，带φ238.0 mm 近钻头扶正器）+回压阀+φ238.0 mm 扶正器+座健接头+φ177.8 mm 无磁钻铤×1 根（MWD）+φ177.8 mm钻铤×12 根+φ177.8 mm 随钻震击器+φ127.0 mm加重钻杆×21 根+旁通阀+φ127.0 mm 钻杆+411×520 配合接头+φ139. 7 mm 钻杆，钻压100 kN，转速60～70 r/min，排量25～27 L/s，泵压20～21 MPa。

井段4 888～5 254 m，钻具组合2:φ241.3 mm PDC+φ185.0 mm New-Drill（1°，带φ238.0 mm 近钻头扶正器）+回压阀+φ238.0 mm 扶正器+座健接头+φ177.8 mm 无磁钻铤×1 根（MWD）+φ177.8 mm钻铤×12 根+φ177.8 mm 随钻震击器+φ127.0 mm加重钻杆×21 根+旁通阀+φ127.0 mm 钻杆+411×520 配合接头+φ139.7 mm 钻杆；钻压100 kN，转速60～70 r/min，排量25～26 L/s，泵压21～22 MPa。

3.4 对比分析

图2 为不同井段井斜角、方位角的变化情况。从图中可以看出，邑深1 井三开钻进过程中，常规钟摆钻具钻铤尺寸小、线重量轻，其产生的“钟摆力”小，导致井斜角迅速上升，不能满足三开施工要求；弯螺杆配合欠尺寸扶正器结合钻井参数的优化，基本能够实现稳斜钻进，但由于岩层产状的影响，方位角较为稳定，最终可能导致井底位移超标；单弯双稳钻具组合，复合钻进期间的使用效果与弯螺杆配合欠尺寸扶正器效果相当，再配合MWD 通过滑动钻进的方式，可实现对井斜角、方位角的人为调整。

4 四开井段防斜技术

图2 井斜角、方位角随井深变化情况

邑深1 井四开井段为5 704～5 968 m，主要进行钻井取心作业，为防止井下复杂情况的发生，应对钻具结构进行简化，这在一定程度上限制了对井身轨迹的控制方法。施工过程中主要采用钟摆钻具组合防斜，钻具组合:φ165.1 mm 牙轮钻头/取心钻头+330×310 配合接头/取心工具+回压阀+φ120.0 mm钻铤×2 根+φ158.0 mm 扶正器+φ120.0 mm 钻铤×13 根+随钻震击器+旁通阀+311×4A20 配合接头+φ 101.6 mm 加重钻杆×14 根+φ101.6 mm 钻杆+520×4A21 配合接头+φ139.7 mm 钻杆；钻压60～80 kN，转速50 r/min，排量18～20 L/s，泵压21～22 MPa。取心钻进钻井时，钻压10～30 kN，转速50 r/min，排量11 L/s，泵压11～12 MPa。施工过程中井斜角由不到3°逐渐增加，方位角稳定在125°左右。因前期井斜控制相对较好，四开井段最大井斜角及井底位移均符合设计要求。