定向鉆井中托壓機理分析及應對策略探討

許艷東

摘 要：隨著現代化鉆井作業逐漸向更深、更遠的方向而發展進步，在定向鉆井中出現了一系列技術問題，必須采用合適的方法妥善解決鉆井托壓問題，準確分析鉆井下部鉆具承受的壓力，從托壓產生的原因入手，才能解決托壓問題。根據相關研究發現，鉆柱在鉆井過程中，和井壁之間產生摩擦，從而形成了摩擦阻力，摩擦阻力受到井眼軌跡、清潔程度以及鉆具、鉆井液潤滑性等多重因素的影響，在不同地層下會產生不同的摩擦力，因此，必須從這幾個方面入手，才能有效應對鉆井托壓問題，降低托壓頻率，提高鉆井速度和質量。本文針對定向鉆井中托壓機理進行了深入分析，并提出了相關的應對策略。

關鍵詞：定向鉆井；托壓；摩擦

中圖分類號：TE242 文獻標識碼：A

鉆井托壓效應主要指的是在定向鉆井時，當鉆具向下鉆入的過程中，會逐漸和井壁之間產生較大的摩擦力，受到摩擦力的影響，所以導致鉆壓無法及時傳遞到鉆頭上，結果出現了一系列問題。近幾年以來，我國的鉆井工程數量不斷增加，規模逐漸擴大，在定向鉆井中出現最廣泛的問題就是托壓問題，只有解決托壓問題，才能使定向鉆井的效率得到顯著提升，提高鉆井的安全性。當定向鉆井出現托壓問題之后，將會引發這樣幾方面問題：第一，鉆頭承受了大部分鉆壓，所以導致機械鉆井的效率大大降低，影響了鉆井進度。第二，在鉆井中進行滑動鉆進工程，當托壓問題產生以后，鉆具將會在一段時間內保持靜止狀態，巖屑無法及時清除出去，導致壓差卡鉆問題頻繁發生。第三，在定向鉆井中托壓問題發生以后，直到托壓問題解除，將會導致鉆頭工具面發生變化，容易出現破損問題，使鉆井效率降低。筆者通過結合國內外相關研究理論和現場實際情況，提出了一系列應對托壓效應的策略。

1.定向鉆井中托壓的影響因素分析

在定向鉆井過程中，托壓效應的影響因素主要包含了這樣幾大類：井眼的軌跡和清潔程度；鉆具的組合形式；鉆井液的潤滑性；地層的特征，下面對此進行具體分析：

1.1井眼的軌跡

定向鉆井中的托壓受到井眼軌跡的影響，會出現較大的變化，重點表現在這樣幾個方面：第一，在鉆具向下鉆進的過程中，受到鉆井斜角的影響，給井壁造成的正壓力也存在較大的差別。當鉆井的斜角增大時，就會導致鉆具對下井壁的正壓力逐漸增大，鉆具所承受的井壁摩擦力也會逐漸增大，托壓效應也會增大。第二，鉆具在井眼中出現彎曲變化時，也會受到井眼曲率的影響。當井眼的曲率逐漸增加時，鉆具的彎曲程度也會逐漸擴大，附加剛性正壓力也會逐漸增加，鉆具所承受的井壁摩擦力也會逐漸增大，托壓效應也會增大。第三，斜井段長度也是影響托壓效應的重要因素。當斜井段長度逐漸增加時，就會導致鉆井承受的正壓力與附加剛性正壓力逐漸擴大，鉆具所承受的井壁摩擦力也會逐漸增大，托壓效應也會不斷擴大。

1.2井眼清潔程度

定向鉆井中的托壓主要受到井眼清潔程度這樣幾方面因素的影響：第一，當鉆井中巖屑的濃度逐漸增加時，就會導致鉆具和鉆井液承受的摩擦力增加，從而產生了托壓效應。第二，當鉆井中的巖屑在斜坡度比較大的鉆井地段出現沉降問題之后，將會在下井壁中產生巖屑床現象，從而給鉆具滑動帶來非常顯著的阻力，鉆具在井壁中進行上下活動時需要承受非常大的阻力，鉆頭不能及時接受到鉆壓，阻礙了鉆進施工操作。第三，在許多環空鉆井段中，具有較高的液砂，濾餅的厚度比較高，濾餅在包裹鉆具時角度也會逐漸增加，從而帶來巨大的粘吸力，托壓問題也會變得更加嚴重。

1.3鉆具的組合形式

鉆具的組合形式不同，也會對托壓效應產生極大的影響，主要表現在這樣幾個方面：第一，當鉆具的管柱重量越大時，井壁所承受的正壓力也會逐漸增大，從而形成了摩擦阻力，出現了托壓問題。第二，當管柱在承受巨大的壓力之后，會發生彎曲反應，也會帶來顯著的附加正壓力，造成管柱承受的摩擦阻力擴大，托壓效應更加顯著。第三，當螺桿鉆具和穩定器的外徑逐漸擴大時，螺桿鉆具和井壁間的距離逐漸縮小，當穩定器和井壁緊密地貼合在一起時，導致鉆壓不能傳遞到鉆頭位置，托壓問題也會隨之產生。

1.4鉆井液的潤滑性

在定向鉆井過程中，鉆井液起到重要作用，當鉆井液的潤滑性逐漸變差時，就會導致摩擦阻力增加，鉆具在鉆進過程中，管柱需要承受巨大的摩擦力，托壓問題出現的概率也會逐漸增加。而鉆井液的潤滑性受到多方面因素的影響，為了提高鉆井液的潤滑性，達到良好的潤滑效果，在鉆井施工中可以選擇應用油基鉆井液，這樣才能有效預防托壓問題產生。

1.5地層的特征

在滲透性比較高的地層中進行鉆井施工時，就會在井壁上產生非常厚的濾餅，鉆具包角也會逐漸擴大，粘吸效果更加顯著，容易產生托壓問題。在容易出現掉塊問題的地層中進行鉆進施工時，遇到不規則井壁，將會給鉆桿接頭帶來非常嚴重的阻力，使鉆井施工的難度增加，從而出現了托壓問題。

2.定向鉆井中托壓的應對策略分析

2.1對井眼軌道進行優化設計

在定向鉆井中設計井眼軌道時，必須充分考慮這樣幾方面因素：第一，摩擦阻力的扭矩；第二，井眼的長度；第三，鉆柱受力情況；第四，鉆井工程的復雜程度。因此，在設計井眼軌道時，必須充分考慮鉆柱、鉆井參數以及鉆井液。在實際工程中，需要采用合適的方式使斜點向下進行移動，從而使斜井段的長度逐漸減少，鉆具的重量也會逐漸變輕，這樣才能防止管柱的摩擦阻力增加，避免托壓問題出現。而且在定向鉆井時，井眼的軌道需要保持平滑狀態，井眼曲率需要控制在合適的范圍內，把井眼的附加剛性正壓力控制在較低的狀態，才能減少托壓問題。

2.2全面優化鉆具的組合形式

在定向鉆井中優化鉆具的組合形式時，可以從這樣幾方面做起：第一，盡量少使用鉆鋌，通過運用加重鉆桿以及螺旋鉆鋌來取代鉆鋌，才能避免鉆具和井壁之間出現大面積接觸和摩擦，防止托壓風險出現。第二，盡量少使用穩定器。由于鉆具造斜率受到穩定器、井眼距離影響，所以在實際鉆進施工過程中，只能在造斜率比較高的地段使用穩定器。第三，通過應用倒裝鉆具組合的形式，能夠使鉆柱向下的推動力逐漸增加，鉆壓能夠及時傳遞到鉆頭上，避免托壓問題。第四，在鉆具中搭配使用牙輪鉆頭，這種鉆頭的鉆進速度比較快，能夠縮小鉆進阻力，防止粘吸問題產生。

2.3做好井眼的清潔工作

為了有效控制鉆進的摩擦阻力，必須做好井眼的清潔工作，使井眼的清潔程度得到有效提升。具體而言，首先，必須增加鉆井液，使環空返速逐漸增加。其次，必須優化和調整鉆井液流動的方向，使鉆井液能夠起到更好的清潔效果。再次，把鉆桿的轉速調整到合適的速度，只有提高鉆桿轉速，才能防止鉆桿出現磨損問題。最后，避免巖屑床問題出現，利用下鉆來打破巖屑床，排除巖屑。

2.4選擇合適的鉆井液

在定向鉆井施工中，為了避免托壓問題出現，必須提升鉆井液的潤滑性，鉆井液的潤滑性受到自身特點的影響，在鉆井施工過程中必須選擇應用合適的鉆井液，一般選擇水基鉆井液，能夠使鉆井液的潤滑性大大提升，防止鉆桿和濾餅之間出現摩擦阻力。

結語

綜上所述，在定向鉆井過程中，為了防止托壓機理出現，必須結合實際情況，從井眼軌跡、清潔程度以及鉆具、鉆井液潤滑性入手，制定科學、合理的施工方案，才能提升鉆井施工質量。

參考文獻

[1]張勇.定向鉆井中壓差卡鉆影響因素分析及對策研究[J].中國化工貿易，2014（24）：23.

[2]李智鵬，許京國，陶瑞東，等.搖擺旋轉鉆具解決定向鉆井托壓難題[J].石油工業計算機應用，2016（4）：52-55.

[3]馬居利.定向井托壓問題的研究[J].石油和化工標準與質量，2013（11）：134-134.

[4]張金昭.水平井托壓問題原因分析及解決措施[J].化工管理， 2014（11）：179-179.