光鉆鋌鉆具組合降斜在深層井中的應用

孫洪亮（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411）

光鉆鋌鉆具組合降斜在深層井中的應用

孫洪亮（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江 大慶 163411）

為了解決深部地層井斜超標嚴重，攻克由于地層巖性不均質、地層傾角大、斷層發育以及新工藝提速等原因導致的井斜超標問題，以往現場降斜采用輕壓吊打，犧牲鉆壓和鉆速的方法實現控制井斜，但是該方法導致鉆井周期長，成本高，且控斜手段單一，嚴重阻礙了勘探開發步伐，要想實現防斜打快，必須改變工藝方法和應用手段。近幾年針對深井井斜，應用光鉆鋌鉆具組合進行鉆井試驗，應用14口井，平均降斜率為2.96°/100m，鉆速提高29%、鉆井周期縮短3天，降斜效果顯著。實踐證明，光鉆鋌鉆具組合能夠對井身質量進行控制，使鉆井效率進一步提高，解決了防斜打快的矛盾，對縮短鉆井周期，降低鉆井成本，提供了強有力的技術支撐。

深層；井斜；光鉆鋌；效果

根據深井地層傾角測井資料統計，地層傾角在10度以內，地層傾角最高60度。采用常規鉆具組合鉆井，由于地層的傾向對鉆頭側向力的影響，經常出現井斜超標；2011年以來14口深井井斜超標，平均每年3.5口井身質量不合格，既造成鉆井周期的延長，又造成不好的社會影響，因此要想實現防斜打快，需要通過改變工藝方法和應用手段解決問題。通過光鉆鋌組合大鉆壓降斜應用攻關研究及現場試驗，實踐證明，光鉆鋌大鉆壓鉆具結構在螺旋屈曲后產生渦動，具有防斜糾斜的優點，應用后深井鉆速提高29%、周期縮短3天，延長鉆頭壽命30%以上,是控制井身質量的有效途徑。

1 深井井斜的原因

1.1 地層因素

（1）深井所鉆地層跨越的地質年代大，巖性復雜，Q二段以上砂泥巖互層較多，巖性不均質，鉆時忽快忽慢，嫩二段-泉二段易井斜。

（2）D組以下地層夾層多，傾角大、巖石硬度高、地層各項異性指數和地層造斜系數高，是深井產生井斜的主要原因。

1.2 工具、鉆具組合及參數因素

（1）上部泉頭組地層采用塔式或鐘擺鉆具組合，能糾斜和防斜，由于受鐘擺力及臨界鉆壓限制，只能小鉆壓吊打，犧牲鉆速；下部登婁庫組以下地層采用滿眼鉆具組合，能防斜但不能糾斜，受環空間隙及鉆具剛度影響較大，螺扶磨損后易井斜。

（2）氣體鉆井、液動旋沖鉆井、渦輪鉆井等提速手段的應用，由于破巖方式、工具結構、鉆具組合及參數配套等因素，新工藝技術造成的井斜較多。

2 制約深井降斜的難點

深井上部軟地層鉆速快，可采用鐘擺或塔式鉆具組合降斜。D組以下地層井斜超標，需采用單彎螺桿糾斜，平均糾斜周期3天，由于深層巖性存在“三高一強”的地質特點，對鉆頭、螺桿、儀器等井下工具磨損大，并且滑動鉆進鉆速較低。井底溫度高，有些儀器抗高溫性能不好，下井無信號。綜合以上原因，致使糾斜鉆速慢，周期長，成本高，同時井眼曲率變化大，使下步施工存在隱患。

3 動力學防斜的優點

針對深層地質特點、鉆井工藝、井眼軌跡控制及鉆井參數配合，要想大幅度提高機械破巖效率，就必須突破傳統的靜力學防斜理論的束縛，開展動力學防斜理論研究，動力學防斜是假設鉆柱處于渦動狀態，底部鉆具組合存在周期性的動態軸向力，并且此動態軸向力具有較強的降斜效果。因此我們開展光鉆鋌鉆具組合降斜攻關研究，實踐證明光鉆鋌大鉆壓鉆具結構屬于動力學防斜范疇，施加足夠大的鉆壓，反而防斜效果更好，施工中解放了鉆壓，實現了防斜打快。

4 現場應用效果

通過分析塔式、滿眼、鐘擺鉆具組合的防斜、糾斜能力和適用性，建立了光鉆鋌大鉆壓底部鉆具組合的運動學和動力學分析模型，揭示光鉆鋌大鉆壓防斜打快機理，確定合理鉆壓的控制準則，即當鉆壓小于臨界鉆壓時，隨著井斜角的增大，鉆頭降斜力逐漸增大；當鉆壓大于臨界鉆壓時，光鉆鋌鉆具組合產生渦動，渦動產生的離心力對降斜起到了主導作用。

4.1 鉆具組合：

Ф215.9mmBIT×0.25m+Ф165mmDC×9.34m+Ф159mmJHF× 0.45 m+Ф159mmSJ×4.13m+Ф165mmDC×203.22m+Ф127mmDP

4.2 鉆進參數：

鉆壓180-220kN，轉速55-65轉/分

4.3 應用效果

2011年以來14口深井井斜超標，其中5口井是氣體鉆井破巖機理不同，鉆速快導致井斜超標；2口井是使用液動旋沖工具提速，工具結構本身造成井斜增大；其余為地層傾角大導致井斜超標，通過采用光鉆鋌大鉆壓降斜，起到了較好的防斜、降斜效果，平均降斜率2.96°/100m，尤其徐深41井5130.94-5453.00井段，進尺494.81m，井斜角由13.7降到2度，降斜效果顯著。鉆井實踐表明，使用光鉆鋌鉆具組合并加大鉆壓鉆進，是一種行之有效的防斜打快方法。

5 結語

通過在深井大傾角地層試驗光鉆鋌大鉆壓防斜打直技術，共鉆14口井，總進尺3299m，平均鉆速1.8m/h，降斜成功率100%。這種高效降斜技術能極大地解放鉆壓，且操作簡單，不僅在提速提效方面效果顯著，而且降斜平穩，曲率小，井眼光滑，保證了下部施工安全，是一種行之有效的且簡單易行的防斜打快技術，為深井提質提效找到了新途徑，為加快勘探開發進程提供了技術支撐。

［1］高德利。《復雜地質條件下深井超深井鉆井技術》。石油工業出版社，2004.