关键词：石油钻井施工；井斜角；原因；预防措施
某公司布置的一口开发水平井（X井），该井设计井深5634m、垂深3956m。X井通过优选防斜、纠斜螺杆钻具组合及相应的钻井参数，同时结合复合钻进和垂直钻井系统进行防斜打直，使井身质量得到有效控制，满足钻井设计要求，对同区块直井段防斜打直具有借鉴意义。
1井斜角在钻井施工中的现状
在进行钻井施工时，井斜是不可避免的，井斜的存在关乎井身的质量以及钻井度。钻井工作既需要钻头速度快，又需要井身的质量过关。井身本身的好坏，也就是环境地质因素决定了井身本身的质量。这是能否开采到泊气田的先决条件。随着科技的发展，一些钻具组合的出现，比如偏心钻具、柔性钻具等。对钻井慢的情况有所帮助，但如果遇到特殊地形或土质结构，仍然很难对整个井斜做很好的控制。所以要新的防斜需要对井身质量进行检测提高，同时还要保证钻井速度。这是一个全新的挑战。
2石油钻井井斜角产生原因
2.1地质因素
地质因素是造成井斜的根本原因。该井中生界以上陆相沉积地层倾角较大，局部小型褶皱较多，地层硬度大，自然造斜能力强。当钻头在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交接处的岩石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直层面发生破碎，因而在井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，它对钻头施加一个横向力，把钻头推向地层的上倾方向，从而引起井斜。当钻头逐层钻进时，将使井斜不断增大，但最大也只能等于地层倾角。当钻压增大时，破碎将更加厉害形成更大的小斜台，使井斜增长更快。地层倾角越大，成层性越强，钻压越大，越易发生井斜。
2.2工程技术因素
由于井眼尺寸大，钻铤外径相对较小，底部钻具受压容易产生弯曲，使钻压改变了作用方向，即不再沿井眼轴线方向施加给钻头，而是出现了钻头偏斜角，其防斜能力与钻井参数密切相关。例如，钟摆钻具在钻压小于钟摆力的条件下，钟摆钻具能纠斜，但是钻压过大时一样会导致增斜。
2.3其他因素
处理地质因素和工程因素以外,其他因素也会使井斜角产生。主要是钻井设备安装不合格,在安装后,开钻前没有认真对天车、转盘和井口进行校正,在一开钻的时候就把井斜给开斜了;还有就是人员操作不当,由于施工人员责任心不强,施工中随意调整钻井参数而导致井斜角的产生。
3井斜预防措施
3.1“牙轮钻头+直螺杆”钻具组合应用
X井导管段0-92m钻遇上沙溪庙地层，针对上部地层可钻性差，岩性交替变化、含砾石等自然条件易造成井斜、钻井速度慢和憋跳钻严重问题，导管段选用三牙轮钻头，采用11寸钻铤配合直螺杆降低钻具组合重心，提高牙轮钻头转速，保证井眼开孔打直。
钻具结构：φ660.4mm钻头+286mm螺杆+279.4mm钻铤2根+731*630+228.6mm钻铤3根+631*520+139.7mm钻杆+Ф133.4mm方钻杆
钻井参数：钻压20-120KN，转速螺杆+35-40r/min，排量40-55l/s，泵压2MPa；实钻过程中根据井内钻铤数量逐渐增加钻压，每加入一根钻铤钻压增加20KN，控制转盘转速35-40r/min减少憋跳钻，防止钻具跳动严重导致井口卷管摇晃松动。实钻导管段钻时18-42min/m，平均机械钻速2.07m/h，井斜仅0.2°，达到防斜打直目的。
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3.2“PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合应用
3.2.1一开应用情况
一开直井段92-901m主要钻遇上沙溪庙组、下沙溪庙组、新田沟组、自流井组地层，岩性以泥岩和粉砂岩为主，自流井组含岩屑石英砂岩，进入上沙溪庙组底部后井斜易增长。X井一开选用百斯特φ16mm齿的五刀翼TS1653B PDC钻头，配合400mm扶正器组成“PDC+φ244mm 0.75°单弯无扶螺杆”钟摆钻具组合，当产生井斜时，靠单弯螺杆的偏轴作用使底部钻具在井内旋转产生一个离心力，使钻头切削下井壁实现防斜作用。 实践表明，当钻压低于80KN，井斜减小或保持稳定，钻压大于80KN井斜微增，高转速有利于防斜，纠斜效果好。一开纯钻时间126.17h，平均机械钻速6.41m/h；一开最大井斜1.6°，位于井底。
3.2.2二开应用情况
X井二开901-3645m根据邻井施工情况，从层位上看，二开易斜井段主要是陆相自流井组、须家河组，海相嘉陵江组下部、飞仙关组上部和石牛栏组。X井和某井在须家河组使用螺杆，井斜均快速增长至3°，起钻换用垂钻。X井自流井组微增，嘉陵江组下部与飞仙关组交界面处井斜增至2.35°，进入石牛栏组增斜快，增斜率1.56°/100m，该井石牛栏组井斜增至3°。
X井二开主要采用“PDC+单弯螺杆”钟摆钻具组合，该组合防斜打直效果较好，较大的释放了钻压，二开平均机械钻速4.09m/h。二开方位基本稳定在90-120°，调整转速方位无明显变化，采取滑动钻进主动调整方位至260°，避免水平位移往同一方向增长。在飞仙关上部、石牛栏组地层倾角较大的井段，使用无扶螺杆滑动降斜效果差，分别在飞仙关组2272.3m、石牛栏组3380.12m起钻换用1.25°有扶螺杆滑动钻进降斜达到较好效果，每根单根滑动钻进6-7m，降斜率为0.4-0.7°/10m。
3.3主动防斜,保证井身质量
随着钻井工程技术的不断发展,对于防止井斜产生方面,不止在钻具这方面来下功夫,还要采取主动防斜方式,一个是在易斜地层应用弯螺杆+MWD进行主动防斜,二是应用垂直钻井系统对高陡区域进行施工,变被动防斜为主动防斜,实现防斜打快。
3.4应用先进工艺防斜
对于那些地层倾角特别大,常规钻具组合和防斜措施难以起到作用的地层,就需要应用先进的仪器与工艺进行主动防斜。随着科技的不断进步,目前随钻仪器已经发展的比较成熟,可以应用随钻仪器+单弯螺杆钻具进行主动防斜,这种钻具组合不仅可以随时监测井斜角的变化情况,还能根据变化情况进行及时纠斜操作,保证井斜角在设计范围内。还有比随钻仪器更为先进的垂直钻井系统,该系统通过地面的参数设置,能够自动进行纠斜,实现防斜、纠斜智能、自动化。
3.5其他防斜措施
首先在进行设备安装调试过程中要保证天车头、转盘和井口在一条直线上，为防斜打直奠定基础，然后在施工过程中加强对技术人员的培训，让技术人员安装操作规程进行施加钻压等施工参数，防止井斜角过大。
结论
钻井工程中井斜角的产生具有必然性,随钻科技不断发展,越来越多的先进仪器和工艺都将应用到钻井工程生产中,特别是随钻仪器的出现,使人们从被动防斜变为主动防斜,它不仅能够及时监测到井斜的变化趋势,还能有效地进行纠斜,保证井身质量,值得进行推广应用。
参考文献：
[1]李国华.钻井井斜产生原因与预防对策[J].化工管理,2019,(6).
[2]张建.钻井工程中井斜产生的原因与预防探讨[J].化工管理,2019,(35).
论文作者: 陈宇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/3
标签：斜角论文; 钻头论文; 螺杆论文; 地层论文; 组合论文; 钻具论文; 钟摆论文; 《工程管理前沿》2020年第1期论文;