防斜打快技术.docx

1、防斜打快技术常规防斜打快技术一、概述直井钻井防斜，是现场经常碰到的难题之一。在钻直井时，如果井斜过大，会使井眼偏离地下设计目标，打乱油气田开发的布局。对于勘探工作来说，井斜大了，会使井深发生误差，使所得的地质资料不真实，甚至偏离勘探目标。井打斜了，也给钻井工程本身增加了困难，甚至造成严重的井下故障。在斜井，钻柱易靠在井壁一侧，旋转时发生严重摩擦，在井斜突变井段钻柱发生弯曲，易使钻柱和套管磨损，钻柱折断，套管脱落，也可能造成井壁坍塌及键槽卡钻等故障，有时甚至被迫填井侧钻。井斜超标，也会影响固井质量，首先是造成下套管困难，同时套管下入后不易居中，这往往是造成固井窜槽、管外冒油冒气的原因之一。因此，

2、直井防斜打快问题一直是油公司和钻井工作者十分关心的一个重要技术问题。防斜技术自上世纪五十年代鲁宾斯基发表论述至今，经过数代人几十年的开展，已经有了长足的进步，早期只有光钻挺、塔式组合；钻柱稳定器产生后又形成了钟摆、满眼等钻具构造，在此根底上，开展了柔性、偏轴等特殊防斜钻具组合。随着定向技术的开展，以螺杆和随钻为主的导向钻井技术应用于防斜纠斜，在很大程度上防止了填井侧撞；近年来，自动垂直钻井技术得到了较好应用，但由于其技术含量、使用本钱高，限制了使用的围。易斜地区大多仍然采取常规防斜纠斜技术。在我国东部多个油田推广应用了自然造斜钻井技术，使易斜地区钻井速度得到了较大提高。川东北钻遇的中上部地层普

3、遍存在着地层倾角大3060，局部小褶皱多，自然造斜率较强自然造斜率大于1/100m等特点，井身质量难以控制，尤其是井斜控制难度大。同时，地层古老、岩石坚硬、研磨性强、岩性多变、地层可钻性低可钻性级值58，机械钻速普遍较低，导致钻井生产效率低下。川东北防斜打快是井身质量控制的难点，而陆相地层是防斜打快的重点。如沙溪庙地层倾角大，须家河组研磨性强，又处于大井眼井段，防斜打快矛盾比拟突出。进入海相地层，雷口坡组二段至嘉陵江组嘉4+5段砂泥岩互层频繁，地层倾角大，自然造斜力强，表现易斜特性。在易斜井段采用防斜功能最强的钻具组合，井斜仍有逐步上升趋势。如何处理好解放钻压提高速度和防斜打直这两方面成了川东

4、北钻井的重要任务之一。从优化钻具构造、优选钻头和钻井参数着手，如采用钟摆、塔式钟摆、柔性钟摆钻具等，配合相应技术措施，既解放了钻压，大大提高了钻井速度，又满足了井身质量的要求。在陆相地层主要采用塔式钟摆钻具，配合合理的钻井参数来防斜打直。在井斜控制方面，大尺寸钻铤发挥了重要的作用，使用大尺寸钻铤成功地解决了陆相地层易斜的钻井难题。尤其二开需严格控制井斜，保持井斜处于较低值，为三开控制井斜创造良好条件。在海相地层，岩性为灰岩、白云岩、膏盐岩，可钻性较好，螺杆+PDC的应用为防斜打快增加了新的途径。在无法使用垂直钻井和空气钻井等特殊钻井技术时，优化钻具组合和施工方案，可以在一定程度上解决防斜打快的

5、难题。在区域构造比拟明确的地区，设计自然造斜井，合理布置地面井位，正常钻进到达目的层，可以实现速度的较大突破。二、防斜打快工艺技术一川东北典型地层造斜特性1地层造斜性级别划分根据地层倾角大小以及其对井斜的影响程度，将地层造斜性划分成几个级别。表1 地层造斜性级别定性划分表地层倾角地层造斜性对井斜和速度影响010低不易井斜，可施加大钻压提高速度1030中等较容易井斜，适当控制钻压，井斜可控制30以上高极易井斜，严格控制钻压，井斜也逐渐增大，对速度影响较大2川东北地层造斜性对毛坝1井测井资料分析获取的数据，见表2。可以发现，该地区地层倾角大且地层产状根本稳定，容易发生地层自然造斜。表2 毛坝1井地

6、层产状表地层地层产状()组段底界深度倾向倾角上沙溪庙组9373303352330下沙溪庙组13133353402640千佛崖组1692.53402640自流井组203934028须家河组2727/雷口坡组三段281833532雷口坡组二段31512453053055雷口坡组一段318521040嘉陵江组五段3197嘉陵江组四段3561嘉陵江组三段37783105嘉陵江组二段3900嘉陵江组一段42673305飞仙关组四段4324飞仙关组三段4365千佛崖、自流井、须家河组等陆相地层，砂岩、泥岩、页岩不等厚互层多发育，软硬交织对井斜产生一定影响。表3为通过岩心分析得到的自流井组地层岩性特征数据，

7、泥岩、砂岩岩石可钻性级别高，页岩可钻性级别低，都占有一定比重。表3 盆地自流井组地层岩性特征地 层 层位厚度m岩 性 描 述岩性厚度m占层位的百分数岩石可钻性自流井五段78暗紫红、灰绿色泥岩3848.86.088砂质灰岩2025.67.219灰色页岩2025.64.948自四94褐色介壳灰岩3032.00.673砂质泥岩2930.8黑色页岩2526.63.897暗紫红、灰绿色泥岩2020.66.088自三66暗紫色泥岩3656.06.088浅灰色粉砂岩3044.06.651自二30深灰褐色介壳灰岩2066.73.682灰黑色页岩1033.36.355自一93暗紫色泥岩5054.06.088浅灰

8、色粉砂岩4346.06.032经过统计普光、毛坝等区块已钻井资料数据，根据钻井实践情况分析，结合毛坝1等实际地层倾角测井资料，川东北地层造斜特性，具有一定规律性。上沙溪庙至千佛崖地层倾角3040，造斜性较强，井斜容易增大；自流井组下部到须家河上部地层倾角2030，造斜有所缓和，多表现降斜趋势；须家河组根据区域不同，表现不稳定，有些造斜，有些稳、降斜；雷口坡下段到嘉陵江上部地层倾角4050，造斜性极强；嘉陵江三段以下海相地层地层倾角小于10，地层平缓，造斜性低，地层具有自然降斜特征。因此，地层自上而下，根据不同造斜特性，可分成以下几组典型分层。表4 川东北典型地层造斜特性分层表地层分层大致井段m

9、岩性可钻性产状特性造斜性上沙溪庙组、下沙溪庙组、千佛崖组2000紫红色泥岩与粉砂岩呈不等厚互层低砂泥岩软硬交织变化大，地层倾角大高自流井组、须家河组上部500紫红色、灰色泥岩为主须家河局部可钻性极低倾角中偏小、局部较大，砂泥岩互层中等偏低须家河组下部、雷口坡组上部500灰色泥岩夹泥岩夹粉砂岩，质硬耐磨，夹多条煤线低倾角中偏小中较低雷口坡组下部、嘉陵江组上部500深灰色白云岩、灰白色硬石膏岩较高倾角大高嘉陵江组下部、飞仙关组、二叠系、石炭系等下部海相地层1000灰岩为主高平缓低表中地层可钻性是根据实钻钻时资料统计而得，陆相地层平均钻时60min/m以上，可钻性低；下部海相地层平均钻时在40min

10、/m以下，地层相对容易钻进；雷口坡组下部、嘉陵江组上部平均钻时介于上述之间，较易钻。可钻性上下直接影响到钻井速度，使速度和质量的矛盾更加突出。影响井斜产生的有钻具方面因素，也有地层方面因素。钻具主要表达在钻头侧向力和钻头转角。地层造斜主要影响因素为地层倾角和地层各项异性。对于地层倾角较大的地层，地层产生的造斜力较大，而且随着钻压的增大，地层造斜力也逐步增大。因此对于高陡构造和强造斜地层，这是井斜控制效果难以得到充分的保证的主要原因。要从根本上解决防斜打快问题，除了有效地控制钻具侧向力和钻头倾角之外，还必须具有足够的抵抗地层造斜力的能力。只有同时考虑这三方面的因素，并使之相互协调，才能真正地解决

11、高陡构造和强造斜地层的防斜打快问题。二常规防斜纠斜钻井技术为了实现防斜目标，无论何种技术，归根结底核心是底部钻具类型和构造的选取。目前有效的常规防斜纠斜技术包含以下几种：以钟摆防斜为主的系列防斜技术；螺杆钻具组合防斜纠斜控制技术。对于满眼钻具组合，在川东北高陡构造区块上部陆相地层，防斜作用难以发挥，所以采用较少。在下部海相地层需要稳斜钻进时，可以根据情况采用。由于应用较少，此处不做介绍。下面分别对不同钻具构造防斜原理进展分析和表达。图1钟摆钻具作用原理示意图1钟摆防斜技术常规钟摆钻具是利用下部钻铤重量的横向分力使钻头压向下井壁，以到达逐渐减小井斜的效果。光钻铤是最简单的钟摆钻具，切点以下钻铤产

12、生横向力，即钟摆力，用于纠斜。为了增加钟摆效果，使切点以下钻具更长，在底部钻具增加扶正器，扶正器以下钻铤在一定钻压下，不与井壁接触，产生较大的钟摆力。根据需要，底部钻柱可以有一个或两个钻柱稳定器。1大尺寸钻铤塔式钟摆钻具组合使用大尺寸钻铤塔式钻具，提高低部钻具的刚性和抗弯曲能力，有利于较高钻压情况下防斜，其较大的尺寸也提供了大的钟摆降斜力，因此防斜降斜效果有较大提高。由于可以施加更大的钻压，大尺寸钻铤组成的塔式钟摆钻具组合，较同等地层常规钟摆钻具组合、小尺寸钻铤塔式钻具组合吊打的平均机械钻速均有所提高。在倾角大、岩性变化频繁的自然造斜力较强的地层中，使用大尺寸钻铤组成的塔式钻具组合钻进，有利于

13、部份解放钻压、对提高钻井速度有利。根据地层与岩性，采用大钻压钻进与小钻压吊打纠斜相结合的方式进展钻进，可以在较好控制井斜根底上提高钻井速度。大尺寸钻铤主要表现在以下两方面：钻铤刚度比常用钻挺提高12倍，其抗弯能力更大，钟摆作用发挥更好；对一样长度的钟摆钻铤段，钻头钟摆侧向力增加12倍。两项联合作用说明，大尺寸钻铤具有更好的钟摆效果。2柔性钟摆钻具组合如下图，在下稳定器和上稳定器中间段L2为一直径较细的钻铤或加重钻杆，L1、L3为两段较大直径的钻铤。上稳定器根据需要可增减。图2 柔性钻具组合示意图柔性钻具是在两个稳定器之间采用了一根柔性较大的钻铤或加重钻杆，在稳定器上部小尺寸的钻铤，通过大钻压使

14、钻头与稳定器间钻柱弯曲，致使下稳定器处的弯距与其它刚性钟摆钻具组合相比得到较大的改变，大尺寸钻铤段仍可保持钟摆效应，而柔性局部减弱上部大钻压带来的造斜效应向下传递，从而即增加了上部可施加的钻压，也减弱钻头的造斜效应，到达控制井斜并提高速度的目的。该技术关键是优化钻具组合和钻压优选，要通过软件计算，确保准确控制。对于311.15mm井眼， 底部钻具组合：311.15mm 钻头+228mm钻铤2根311mm扶正器177.8mm(或158.75mm)钻铤1根228mm钻铤6根，钻压200240kN。这种钻具对于中-低地层倾角在大钻压下可以产生理想作用，井斜逐步可以减下来；当倾角到达一定值，在地层造斜

15、力占主导作用的地层钻进时，这种组合即失去作用，井斜会逐步增加。表5 柔性钻具在川东北使用情况表井号井段(m)地层钻具构造钻井参数kN控制效果普光113601750上沙溪庙9+7+820070井斜3.53.9，稳斜普光233713541须家河7+5+6180220井斜31.9，降斜普光311911321上沙溪庙9+7+9240稳斜普光418533580上沙溪庙-须家河9+7+9240先增后降普光7715828上沙溪庙9+5+96080增斜普光7828950上沙溪庙9+7+960稳斜普光79501293上沙溪庙9+5+94060微降斜注：表中钻具构造9表示9，7表示7，其它同。由表中数据及效果可知

16、，在较大钻压下，井斜控制效果主要由地层造斜性而定。只有进入造斜不强的地层时，井斜控制才有降斜效果。造斜较强地层，施加中等钻压，与常规钟摆钻具性能一样，钻压控制很低才有降斜效果。 (3)大钻压“钟摆钻具组合通常采用的钟摆钻具，是在较低的钻压下，依靠自重获得钟摆力而到达防斜作用的。当钻压从小到大逐渐增加时，钻柱性能会改变，当钻压到达一定值时，钻具下部发生多余一次的弯曲，使钻具表现为稳-降斜特性。计算和实钻说明，在215.9mm井眼，对于稳定器下接两根钻铤单根钟摆组合，180200 kN钻压可以到达所需的防斜性能，此时钻柱具有较低的转角，产生的侧向力也较低。这种钻具组合使用于地层倾角较低、地层造斜力

17、较小或为负值时地层。在地层倾角较平缓地层，施加大钻压，可以起到防斜效果。在国多个油田区块应用得到充分验证。川东北地区适合的层位:陆相地层自流井至须家河，造斜性中低区块。在该层段使用，要勤测斜，根据井斜变化情况，确定钻压值，以及是否适合继续使用。嘉陵江下部以下的海相地层。由于这段层段普遍地层造斜性较低，是根本能够应用的，但由于井深，不采用螺杆的话，转速较低，不利于速度的提高。当采用高转速牙轮钻头时可尝试使用。普光4井在进入须家河组地层造斜性降低，采用钟摆钻具加压到240kN，3.57井斜从降到0.90。证明该技术在川东北具有一定应用可行性。(4)偏轴钟摆钻具组合偏轴钻具组合，是在底部钻具适当位置

18、安装一个偏轴接头，在钻柱转动过程中，钻头转角在一周的作用相互抵消，消除了一种产生井斜的作用参数。再者，由于钻柱变形使钻柱更不易在底部产生切点，强化了钟摆力作用，可以获得比普通钟摆钻具更好的防斜效果，施加的钻压也有所提高，机械钻速要比常规钟摆钻具提高一定幅度。图3 偏轴钻具组合示意图结合该钻具的特点，使用好这种新型钻具构造。首先偏轴距及接头与钻头间距等设计要优化，偏轴距在确保不产生新的切点以及强度满足平安要求情况下，尽量大；初始井斜严格控制；钻压的选取不能超过最高极限。否那么会得到适得其反的效果。偏轴组合防斜打直技术方案，在川东北多口井中进展试验，有应用较好的井段，也有失控的情形。总结有以下几点

19、：在南方海相川东北倾角大、岩性变化频繁的自然造斜力极强的地层中应用，有利于局部解放钻压、速度可以提高3070%，对提高钻井速度较为有利。从防斜、稳斜作用方面看，大多井段的井斜变化曲线均呈现稳斜-增斜的变化趋势。这一现象说明，一方面偏轴钻具和参数设计未到达优化，没有充分挖掘该钻具优势。普光1井开场使用段，钻压较小，井斜效果明显，井斜逐步降到2.4，钻压加到160kN，井斜增大至3.9。分析原因，由于钻柱轴线偏离，钻柱与井壁间距离减小，钻压到达一定值，容易接触井壁，产生新的切点，钻具性能失效。5小结上述几种钻具组合具有比常规钟摆钻具更优的防斜性能，但其本质仍属钟摆防斜技术畴。钻具所能提供的降斜力是

20、有限的，当地层倾角或各项异性较大，钻具所提供的降斜力缺乏以平衡地层造斜力时，井斜就会逐渐增加。但地层倾角较低，钻柱降斜力可以抵抗地层造斜力时，井斜控制可以见到较好成效。这就是为什么钻具性能不稳定，有时具有降斜特性，有时又表现稳斜或增斜特性的主要原因。2螺杆钻具防斜纠斜技术利用钟摆防斜原理，结合螺杆提供高转速的特性，辅之以转盘复合钻进，既可以防斜，又可以提高机械转速。采用螺杆的优点主要表现在以下几个方面：钟摆+螺杆钻井，施加的钻压较小，可增加整个钻具的降斜力，有利于降斜。钟摆+螺杆钻具+转盘复合钻井，可以使钻具因加压而柔性变形产生的侧向力不断改变方向，钟摆力可与增斜力互相抵消，从而不易井斜，有利

21、于稳斜。螺杆钻具，可使钻头转速加快切屑速度，但又不影响地面旋转太快而无法控制蹩跳钻，有利于上部钻具的平稳使用。螺杆钻具+转盘复合钻井方式，由于转速高，弥补低钻压能量缺乏，可以大幅度提高机械钻速。利用小角度单弯螺杆，由于既可复合，又可滑动纠斜，在强度满足要求下，能获得更好的防斜纠斜效果。311.15mm井眼采用244.5mm或197mm螺杆配合；215.9mm井眼采用165mm或172mm螺杆。复合钻井时，转盘转速控制在3070r/min，以保护和使用好螺杆。根据防斜、纠斜作用不同可分为两种情形：1复合钻进防斜打快螺杆可提供100200r/min的速度，加上转盘的转速，在钻头上获得的转速可达20

22、0r/min以上，补偿了由于降低钻压带来的机械破岩能量的缺乏。复合钻进时，螺杆可为直螺杆，也可为小角度弯螺杆。表6 川东北三开用螺杆+PDC钻井情况统计表井号井段m地层最大井斜()平均钻速(m/h)备注普光242294700嘉陵江组3.510.22m防斜打快普光44292.084445.03雷口坡组4.55.11稳斜打快普光45679.605920.16飞仙关至长兴组3.63.69防斜打快普光64198.964417.86嘉陵江组3.83.87控制井斜、扭方位毛坝32635.002816.35雷口坡组64.03地层易斜毛坝33562.503833.50嘉陵江组104.26地层易斜螺杆复合钻进主

23、要靠高转速提高钻速，钻压应适当控制，三开215.9mm井眼钻压控制在4060kN比拟适宜，既能发挥螺杆和PDC的作用，又可以控制井斜，钻压较大，速度会有所提高，但井斜无法控制。2螺杆纠斜在异常高陡构造区，采用常规钻具降斜困难，即使严格控制钻压，井斜仍呈增长趋势；地层可钻性极低，为了保持钻进，必须加到一定钻压，带来井斜增长。针对这种情况，可以用螺杆滑动纠斜，将方位调至自然造斜反方向，井斜造到一定值，之后下入微增斜钻具组合，在反向地层中稳斜钻进，抵消产生的正向位移。这种施工方案，可以防止一味用极低的钻压降斜，既可控制井斜，又在一定程度上提高了钻速，到达防斜打快的目的。如果只进展纠斜作业可采用直螺杆

24、配弯接头，纠斜后复合钻井时，宜采用小角度弯螺杆钻具，偏于实现滑动和复合钻井方式的转变。为了增加施工的效率，配套使用有线或无线随钻测量仪器进展轨迹监控。3利用地层自然造斜特性钻井技术在川东北地区钻井，由于地层倾角大、地层软硬交织情况严重，导致钻井施工中地层自然造斜率高，井眼轨迹控制难度大。在施工过调整钻具组合和钻井参数，虽然可到达一定的效果，但难以完全满足井身质量控制要求，同时，大井段的低钻压钻进也导致了钻井效益的大幅下降。通过定向随钻纠偏，钻井本钱增加，而且在该地区复杂的地质情况漏层多、岩性复杂多变、高压气层风险大下，屡次、大井段的定向钻进施工难以进展。因此，应在该地区积累一些井的钻井经历，找

25、出地层自然造斜规律，在井场布置时充分考虑到井眼的自然漂移情况，逆向拖动一定位移，打介于直井和定向井之间的自然造斜井。从防斜变为利用井斜，到达提高钻速的目的，这在东部多个油田已见到良好效果，是可行的一条技术路线。毛坝2井是盆地川东断褶带毛坝场背斜构造一口定向井，二开钻进中自然造斜方向根本同设计方向一致，以适当控制井斜，全力控制狗腿度，解放钻井参数提高钻井速度为主，取得了良好的效果，最大井斜8.26，平均机械钻速1.06m/h，比毛坝1井二开平均机械钻速0.76m/h提高了40%。三、推荐防斜技术及措施一工程技术措施1.设备安装按规定要求到达平、正、稳、固、牢。校正天车中心、转盘中心及井口中心三者

26、处于一铅垂线上，最大允许偏差不超过10mm。各次开钻之前必须严格井口找正，校正井口。2.指重表、记录仪、泵压表必须灵敏、准确、好用。 3.上部井段严格控制井斜，为下部井段的钻进争取主动。每次下钻到底，刚出套管时，轻压吊打，严格控制井斜。 4.采用有效的井斜监测措施，坚持定进尺测斜。尤其采用复合钻井时，测量间距不能超过50米，防止井斜突变后无法及时采取措施，井斜变化严重时加密测量，并利用微机处理数据，做好井身质量预测。 5.根据不同情况及时调整钻进参数。根据实际情况选用防斜、纠斜钻具，轻压吊打钻进，加强防斜效果。 6.起钻时观察下部钻铤的弯曲度，如发现弯曲应及时甩掉。 7.根据钻时的快慢及时调整

27、钻压，处理好软硬交界面处的钻进。地层交界面、软硬交织地层至少吊打钻进3050m。 8.钻遇裂缝地层时如有跳钻等现象，降低钻压，并对裂缝井段反复划眼，消除可能出现的狗腿或台阶。 9.绘制地层、井斜及各井段的钻进参数曲线图，通过分析，优选出有利防斜的最优钻进参数，并及时调整。 10.打电测领眼时，带扶正器吊打，确保打直，为下部钻进打好根底。11.在易斜井段坚持划眼制度，每钻进1m上提2m划眼修整井壁。12.使用带有稳定器的钻具时，稳定器的外径不得小于钻头直径3mm。(二)各井段施工防斜技术川东北典型的井身构造一般设计三次开钻，一开表层套管进入上沙溪庙组，封隔表层组。二开技术套管进入须家河组，封隔上

28、部陆相不稳定地层。三开生产套管封隔井口到井底。下面分各开次井段介绍防斜施工技术。1一开井段一开采用大尺寸钻铤塔式钟摆钻具构造，加强防斜打直效果，同时，针对陆相地层憋跳钻严重的特点，认真选用优质高效减震器，用以保护钻头与钻具。刚出导管，采用低转速，小钻压，小排量，以防套管鞋处形成过大井径；出导管30m后，采用小钻压吊打防斜，配合大排量，高转速，提高机械钻速，保证施工质量。在钻井过程中，为确保井身质量，加强测斜监测，根据测斜情况，及时调整钻具组合和钻井参数，做好技术措施的制定和落实，使各项措施更有针对性，适用性，井身质量得到充分保障，为下部施工创造了有利的条件。钻进参数：吊打控制钻压60100kN

29、，转速 6080r/min，排量 5055l/s。根据测斜情况可以加大钻压值，但增大钻压，钻速增加不明显，因此宜适当控制钻压，防止产生异常井斜。一开钻井井段300m左右，参数适当，井斜根本能控制在1以。一开钻具组合：444.5mm钻头279.4mm钻铤3根228.6mm减震器444mm扶正器228.6mm钻铤9根139.7mm钻杆2二开井段二开井段自上沙溪庙至须家河组上部属陆相地层，其地层特点是砂泥岩互层频繁，软硬交织变化大，自流井组含炭质泥岩、须家河组含煤层和煤线，极易剥蚀掉块、易塌。砂岩胶结致密、硬度大、研磨性强，地层整体可钻性差，蹩跳钻严重。钻井施工中蹩跳钻严重，极易出现钻具事故。钻压宜控制在一定围，减缓钻头和钻具的磨损。二开是防斜的重点井段，决定全井的速度和效益。1起始段可考虑先使用279.4mm钻铤塔式钻铤组合，确保起始井斜控制在较低围。大尺寸279.4mm钻铤尽量使用，至少将沙溪庙、千佛崖组较易斜地层穿过。当转速增加，钻头切屑下井壁几率提高，因此钟摆钻具使用时尽可能提高转速。由于川东北上部陆相地层研磨性强，转速过高对钻具和钻头均不利。由此推荐采用适当的转速，配合高速牙轮钻头，提高钻头的耐磨性。钻井参数：初始钻压80100 kN，根据测斜情况逐步调整钻压，确保井斜控制在2以。转速：控制在100r/min以，防止钻具和钻头先期磨损。普光4井在二开使用279.4m